科技日報記者 張佳欣

為什么迎春花和郁金香總能掐準(zhǔn)點，在春風(fēng)拂面時準(zhǔn)時綻放？

在很多人的印象里，植物對環(huán)境的反應(yīng)似乎是被動的：天冷休眠，天暖生長。但事實上，許多植物的行為遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多。它們不僅能感知當(dāng)下的溫度，甚至還能精準(zhǔn)地“記住”已經(jīng)過去的寒冬，當(dāng)確認(rèn)嚴(yán)冬已過，才會啟動生長程序。

這種神奇的“冬季記憶”，在生物學(xué)上被稱為“春化作用”。這個術(shù)語最早由蘇聯(lián)遺傳學(xué)家李森科在百年前總結(jié)并命名，意指植物必須經(jīng)歷一段足夠長的持續(xù)低溫，才能獲得開花的能力。但一直以來，記錄寒冷的“記事本”到底藏在細(xì)胞里的什么地方，一直是未解之謎。

想要解開這個謎題并不容易。植物感知寒冷的秘密被藏在根部和芽尖的細(xì)胞深處，那里細(xì)胞層疊，光線射入后會劇烈散射，就像透過厚厚的毛玻璃觀察微觀世界。那些決定花期的關(guān)鍵分子一旦深過幾十微米，傳統(tǒng)的顯微鏡就只能看到一團(tuán)模糊的“光斑”了。

為了打破這層迷霧，英國約克大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一套名為SlimVar的“超級相機(jī)”。通過精確控制光線的入射角度，并結(jié)合復(fù)雜的計算方法，它能夠大幅減少光散射帶來的模糊影響，從而在活體植物中，追蹤深達(dá)30微米處單個分子的運動。

利用這臺相機(jī)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這段記憶正藏在兩種關(guān)鍵蛋白質(zhì)里，即VIN3和VRN5。隨著寒流襲來，這些蛋白質(zhì)像“特種兵”一樣在細(xì)胞核里緊急集合，包圍了阻止開花的基因FLC。FLC是植物天生的開花“封印”。在漫長的冬季，蛋白質(zhì)團(tuán)塊將其強(qiáng)行“關(guān)機(jī)”，相當(dāng)于提前撤銷了禁令，并將這段寒冷記憶物理性地封存起來。這樣一來，只待春風(fēng)吹過，阻礙早已消失的植物便能不再猶豫，準(zhǔn)時綻放。

最神奇的是，當(dāng)環(huán)境重新變暖，這些微小的團(tuán)塊并沒有隨之散去，而是選擇“原地待命”。科學(xué)家認(rèn)為，它們在細(xì)胞核里構(gòu)成了長效的“記憶樞紐”，就像在細(xì)胞里蓋了個戳，告訴植物：“別擔(dān)心，我們已經(jīng)挺過了寒冬，可以迎接春天了?！?/p>

從分子角度看，這其實是植物在細(xì)胞里玩的一場“標(biāo)記游戲”，也就是表觀遺傳調(diào)控。雖然植物的“遺傳劇本”DNA本身沒有改變，但這些“記憶樞紐”就像是寒冬留下的書簽，封住了那個“阻止開花”的章節(jié)。這讓植物既能穩(wěn)定地遵循季節(jié)節(jié)律，又保留了應(yīng)對環(huán)境變化的靈活性。

也許在不久的將來，科學(xué)家可以通過調(diào)節(jié)這些“記憶樞紐”，幫助農(nóng)作物更好地適應(yīng)反復(fù)無常的氣候，讓大自然的日歷在劇烈變化的環(huán)境中依然保持精準(zhǔn)。