植物



植物

破解光合作用结构难题

光合作用的过程非常复杂，涉及成百上千个不同的化学反应，虽然对光合作用的研究已经有超过200年的历史，但到现在为止，光合作用中很多关键的反应步骤还没有弄清楚。植物光系统II的高分辨率三维结构被认为是光合作用研究领域最后一个，也是最受关注的超级复合物结构。最近，中国科学院生物物理研究所的科学家经过不懈努力，首次解析了菠菜光系统II-捕光天线超级复合物的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了捕光天线与光系统II核心复合物之间的相互装配机制和能量传递途径，在光合作用的结构机理研究中取得了重大突破。根据中国科学家的发现，植物光合作用的原初反应是从光系统II开始的，光系统II是由25个以上蛋白质亚基以及众多色素和其他辅因子组成的超大膜蛋白-色素复合物。该复合物中包含了天线系统、反应中心系统以及一个能在常温常压下裂解水释放氧气的放氧中心。（Nature2016，doi：10.1038/nature18020）

植物化石揭示中生代大气CO2浓度

利用植物化石气孔参数重建地史时期古大气CO2浓度，是目前古植物与古环境研究的重要前沿领域之一。银杏化石是恢复古大气CO2应用最为广泛的指示植物之一。虽然近年来我国古植物学界在中新生代研究方面取得了积极进展，但是对于侏罗纪之前气孔参数与大气CO2浓度关系的研究开展甚少。最近，研究者对采自甘肃东部华亭矿区上三叠统延长组以及中侏罗统延安组发现的两种似银杏化石化石进行细致研究，依据气孔参数重建晚三叠世和中侏罗世的古大气CO2浓度分别为1962ppmv和1320ppmv。结合前期研究可见，从晚三叠世至中侏罗世，古大气CO2浓度大致呈先下降后升高的趋势。该项研究对研究过去环境和气候演变至关重要。（PaläontologischeZeitschrift2016，Doi：10.1007/s12542-016-0300-1.）

朊病毒与植物记忆

朊病毒又称蛋白质侵染因子，是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。朊是蛋白质的旧称，朊病毒意思就是蛋白质病毒，朊病毒严格来说不是病毒，是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具感染性的因子。朊病毒是能引起哺乳动物和人的中枢神经系统病变的传染性病变因子，其中最著名的要数疯牛病了。然而，令人万万想不到的是，它们却与看似风马牛不相及的植物记忆具有扯不清的关系。植物拥有很多能自我延续下去的状态，它们在某些方面拥有记忆。例如，某些植物会在长时间暴露于寒冷后开花。不过，如果经历寒冷后条件不合适，植物将延迟开花，直到温度和光线刚好合适。这表明，植物能"记住"自己曾暴露于寒冷中。但这种生理状态为何会在原来和新生的植物中延续，却是一个待解之谜。近期，研究者受酵母能利用朊蛋白作为一种记忆形式的启发，将在酵母中寻找朊病毒的技术应用于开花的模式植物——拟南芥。他们首先利用特定算法寻找这种植物表达的全部蛋白质，并发现了参与开花的4个蛋白，而这些蛋白拥有同酵母中朊病毒特异性序列相似的部分。接下来，研究者将酵母细胞中的朊病毒替换成来自拟南芥的像朊病毒一样的蛋白序列，并且证实，其中3个植物蛋白片段确实表现得像朊病毒。这是首次在植物中发现像朊病毒一样的蛋白序列。这一发现可能为揭开植物的记忆之谜提供帮助。（PNAS2016，113：6065-6070）

温带木本竹子亚洲起源假说

温带木本竹子分支（即竹亚科青篱竹族）是亚高山寒温带针叶林的重要成分，包括了我国最重要的经济竹种——毛竹，也包括了大熊猫在其自然栖息地取食的全部竹种，特别是箭竹类。这一重要的竹子家族于何时何地起源、演化，又如何形成现今的东亚-北美、以及东亚-南亚-非洲间断分布格局？这些问题一直存在争论：亚洲起源假说或亚洲外起源假说。近期，研究者基于多个叶绿体片段的数据和化石证据开展了温带木本竹子的分子生物地理学研究，结果发现，竹亚科内部三个族为很好的单系，其中第XI分支贵州悬竹最早分化。通过化石校正和分子钟分析显示，竹亚科在晚始新世（约4300万-4700万年前）开始分化。青篱竹族是很年轻的一个族，最初在中新世中期（约1300万-1400万年前）开始分化，随后在中新世晚期（约700万-800年前发生了快速辐射，在大约400万年内产生了11个主要支系。古气候研究学者均认为东亚季风在晚中新世发生过显著增强，该事件很可能促使了青篱竹族在东亚地区的快速多样化。进一步的祖先分布区重建表明，青篱竹族的最近的祖先分布在东亚地区，中国特有的贵州悬竹是青篱竹族的基部类群。该研究排除了斯里兰卡和非洲温带竹子位于基部的假设，支持青篱竹族的亚洲起源假说（Asianhypothesis）。研究表明，在上新世至少发生过两次亚洲到非洲的扩散事件，是青篱竹族亚洲和非洲间断分布形成的可能过程；上新世早期，从东亚经白令陆桥迁移到北美，导致青篱竹族东亚和北美间断分布格局的形成。该研究对于深入探讨气候变化对植物多样性的影响和温带木本竹子的时空多样化格局具有重要意义。（MolecularPhylogeneticsandEvolution2016，96：118-129）