@ 2020.01.18 , 13:00

银杏树是如何接近永生的?

长寿的人跟树木比起来不值一提。一些森林中的巨型树木,例如银杏,寿命可达3000多年。在一项迄今为止最全面的植物衰老研究中,研究人员揭示了银杏(还有其他树木)如此长寿的分子机制。

这项新研究为科学界长期存在的一条假设提供了第一个真正的遗传证据。“植物的在默认情况下是永生的。”阿伯里斯特威斯大学的植物生物学家霍华德·托马斯(Howard Thomas)说,他没有参加这项研究。

为了验证这个假设,研究人员从中国湖北安陆和江苏邳州的34 棵健康的银杏树的树髓开始。(去掉核心不会伤害树木。)扬州大学植物分子生物学家王丽(Li Wang)和同事们检查了树木的年轮,发现银杏的生长在数百年后并没有减慢,事实上,它们的生长有时甚至会加快。此外,树木的叶子大小,光合能力和种子质量(所有健康指标)都不会随年龄而变化。

为了找出在遗传水平上证据,研究人员比较了叶子和形成层中的基因表达,形成层是内部木质部和外部树皮之间的薄层干细胞,在树木生长过程中分化为其他组织。王说,由于老树只有几层的形成层细胞,因此收集足够的实验材料是很困难的。该团队对树木的RNA进行了测序,检测了激素的产生,并筛选了3岁至667岁树龄的树木中的miRNA含量(可开启和关闭特定基因的分子)。

正如预期的那样,与衰老相关的基因表达在枯萎的叶子中如预测一样增加。但是,当研究人员检查形成层中衰老相关基因的表达时,他们发现幼树和老树之间没有区别。这表明,尽管叶子等器官会衰老,但树木本身却不会,他们将研究成果发表在《美国国家科学院院刊》。

但是,有证据表明树木会随着时间的推移发生一些变化。较老的树木具有较低水平的生长激素(称为吲哚-3-乙酸)和较高水平的生长抑制激素(称为脱落酸)。那些200岁以上的树木还发现与细胞分裂,分化和扩增相关的基因表达下降。这意味着,老树中的形成层细胞不像年轻树那样容易地分裂成新的木质部和韧皮部。

该研究的作者,北京林业大学的植物生物学家林金星说,如果数千年后,形成层细胞的分裂率继续下降,树木的生长可能会减慢,银杏树最终可能会死于老年。但是,大多数树木似乎是死于“事故”,例如病虫害或干旱。

为了了解树木是否随着年龄的增长而更容易受到病原体的影响,研究人员检测了与病原体抗性和保护性抗菌化合物黄酮类化合物的产生有关的基因。他们发现不同年龄树木的基因表达没有差异,这表明树木不会因为年老而失去抵抗外界病原体的能力。论文作者,北德克萨斯大学丹顿分校的分子生物学家理查德·迪克森说,这是一种“惊人”的能力,可以帮助银杏在数千年内保持健康生长。


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