对花卉发育的新见解揭示了大自然的完美时钟
长期以来，科学家们一直着迷于花朵发育的复杂过程，他们试图解开大自然精确计时背后的奥秘。在植物细胞杂志上发表的一项研究中，由日本奈良科学技术研究所 (NAIST) 领导的研究小组阐明了花卉分生组织终止和雄蕊发育的内部运作机制，揭示了一种由遗传和表观遗传因素。
花朵的复杂结构归功于精细的干细胞分化，这一过程是创始人细胞在花分生组织中发育成特化细胞的过程。然而，干细胞停止自我更新并转变为它们的形式的确切时刻在很大程度上仍然未知。在破译这一关键时间转变的愿望的驱使下，研究人员将注意力转向了 AGAMOUS (AG)，这是一种控制花分生组织终止的关键 MADS 结构域转录因子。
通过对模式植物拟南芥的细致研究，该团队发现 AG 作为主要指挥，通过称为细胞周期耦合 H3K27me3 稀释的过程协调基因表达。这种显着现象涉及沿特定基因序列稀释称为 H3K27me3 的组蛋白修饰，从而有效地启动基因激活。科学家们在这个周期的不同时间点确定了几个由 AG 直接调控的关键基因。
该研究揭示了一个由 AG 严格控制的遗传网络， KNUCKLES ( KNU )、AT HOOK MOTIF 核定位蛋白 18 ( AHL18 ) 和PLATZ10等基因成为关键参与者。第一作者玛格丽特·安妮·佩拉约 (Margaret Anne Pelayo) 表示：“通过揭示这种调节回路的内部运作方式，我们对驱动适当的花分生组织终止和雄蕊发育的复杂时间机制获得了前所未有的洞察力。”
为了揭开这个非凡系统的秘密，研究人员设计了一个能够以惊人的准确性预测基因表达时间的数学模型。通过修改基因内 H3K27me3 标记区域的长度，他们成功地证明了基因激活可以延迟或减少，从而证实了这种表观遗传计时器的影响。该团队的发现为自然如何在花发育过程中控制基因表达提供了一个新的视角。
此外，他们的研究将AHL18鉴定为对雄蕊生长发育具有深远影响的雄蕊特异性基因。AHL18的错误表达导致了有趣的发育缺陷，突出了该基因在确保适当的雄蕊伸长和成熟方面的重要作用。此外，该团队发现AHL18选择性地结合对雄蕊生长至关重要的基因，揭示了花朵发育过程中新的调控复杂性。
该研究的资深作者 Nobutoshi Yamaguchi 认为，这项研究不仅加深了我们对支持花发育的机制的理解，而且还提供了微调基因表达模式的潜在工具。操纵表观遗传修饰的微妙平衡为以灵活和可逆的方式控制植物繁殖开辟了令人兴奋的可能性，最终有利于我们的食物供应和农业实践。
这项研究为进一步探索表观遗传学方法以精确调节基因表达铺平了道路。通过解开大自然的完美时钟，科学家们有朝一日可能会发现新的策略来提高作物生产力和增强植物的恢复力，并在面临环境挑战的情况下为粮食安全做出贡献。
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