主题：植物

一种来自于安第斯山云雾森林的显花灌木于4月被正式分类命名。现被称作Brunfelsiaplowmaniana的这种植物曾经在以往数十年间给许多植物学家带来困惑，因无法确定其是否为新的进化种。如今它的D...即将发布

近日，研究人员发现三个类似的蛋白质，可能很快转化为可再生的生物燃料、大宗化学品如塑料、食品安全和营养学和生物医学上的积极成果。

论文结果提前刊登在在线出版的Nature Reviews Microbiology 杂志上，该研究可能会导致较高的高产作物和油的数量，以帮助解决粮食和燃料不断增长的世界需求，减轻生态系统和环境压力。

长期以来，研究人员想知道查尔酮异构酶的起源和作用。他们知道它有很多作用包括防御自然防晒霜和抗生素、吸引授粉以及发展成黄酮等。

类黄酮也作为疾病预防剂以及保健食品，是有价值的，植物来源丰富，能对抗癌症和其他与年龄有关的疾病。

研究植物蛋白的进化，研究人员发现三查尔酮异构酶结合脂肪酸。格雷格·沃尔说：研究证明，查尔酮异构酶来源于另一种重要的蛋白质类，这类蛋白质没有酶活性。

研究人员发现，查耳酮异构酶聚集在叶绿体中，叶绿体是细胞专门的光合作用发动机零件，生成必需脂肪酸包括ω-3脂肪酸等。

ω-3脂肪酸是重要的植物和人类福祉。Noel和同事们的研究表明查耳酮异构酶编码基因的变化会对植物生殖有变化。由于查尔酮异构酶的基本研究已过了十年，现在正出效益的时候，研究人员认为查尔酮异构酶蛋白质持有经济效益前景。

    柏科植物智利柏和西伯利亚刺柏虽然距离遥远,但它们有共同的祖先,它们的祖先生活在一亿六千万年前的联合古陆上。那时的地球只有这一大片陆地,气候相对稳定、温和,陆地不同地域生长着几乎相同的生物种类。后来,联合古陆逐渐分离成几个大陆板块,各板块之间相互隔离,气候条件也有了很大的差异,生存在这些大陆上的生物开始朝着不同的方向进化。柏科植物也不例外,他们的祖先在各自的“新家”开始逐渐分化,并演化为裸子植物门中属的数目最多的一个科。

    真的是这样吗？5月1日,《美国科学院院刊》在线发表的一篇论文详细论证了这一假说——柏科植物随联合古陆的分离而发生隔离分化。这篇论文由兰州大学刘建全教授课题组及其国际研究团队完成。

    他们的研究表明,柏科在三叠纪早期(约两亿四千万年前)起源于联合古陆东北部,自三叠纪晚期至侏罗纪晚期(约两亿一千万年前至一亿五千万年前)逐渐扩散至联合古陆南、北部并分化为现有的七个亚科。柏科最年轻的两个亚科为分布于南半球的澳洲柏亚科和主要分布于北半球的柏木亚科,二者在侏罗纪晚期前后(一亿五千三百万年前后)开始演变为不同的进化分支,这一时间与联合古陆南北隔离的时间高度吻合。同时,计算机模拟分析祖先分布区域的结果,支持柏科两大亚科分化与联合古陆南北分离存在直接关联。

    在众多具有久远进化历史的植物中,为何选择柏科植物做样本?论文的第一作者、兰州大学毛康珊博士告诉记者,在种子植物中,柏科是开展类似研究的理想或唯一类群。首先,柏科植物遍布除南极洲外所有大陆;其次,化石记录表明,中侏罗纪时该科已起源并广布于联合古陆南、北部;第三,柏科现有类群多样性相对较高,其化石记录非常丰富,从而为多化石标记隔离分化时间提供了基础。不可忽视的是,柏科植物的种子对当时的动物没有太大的吸引力,不会因为动物传播而改变类群分布。

    在过去10年中,该国际合作团队进行了广泛取样,在全世界获得了柏科122个物种的实验样品,利用植物三套基因组的近万个DNA碱基序列进行系统发育分析,建立了该科最为完善的分子系统发育关系,然后利用全证据分析确定了16个化石标记点。在此基础上计算了各主要分支的分化时间,并检验了其生物地理式样的形成过程。

    该论文在匿名评审过程中得到了国际同行的一致好评:“毛康珊等作者的论文将会引起科学界的广泛关注,该研究利用柏科细致揭示了联合古陆分离的历史,这在种子植物中尚属首例。”“这是一篇十分有趣和重要的论文,其展现的大量数据和相关分析使人印象深刻。”论文一经发表,立即被多家国际知名媒体报道,并被大量转载,掀起了一股关于联合古陆演化历史和进化生物学的科普热潮。

    课题组负责人、论文通讯联系人兰州大学刘建全教授表示,这篇论文为古陆分离说和达尔文生物进化论提供了有利佐证。

本报讯（记者张雯雯）近日，中科院西双版纳热带植物园的科研人员发现，在热带喀斯特森林中，不同于常绿植物采取的耐旱策略，落叶植物主要采取了避旱的策略。两者在时间上对水分的利用存在一定程度的分化，这对维持热带干性喀斯特森林的水分平衡以及物种的共存十分重要。这是为数不多的发现植物叶片和枝干耐旱性关联进化的研究，相关成果发表于国际期刊《植物学纪事》。

据悉，喀斯特地质在我国分布广泛。尤其是在西南地区，连片分布着世界上面积最大的喀斯特地貌，构成了独特的景观。喀斯特地质的碳酸盐岩化学风化强烈，土壤形成很慢，且土层薄、偏碱性，这使得很多植物长在裸露的岩石上。同时，土壤基质有许多淋溶形成的空隙、空洞，这会导致漏水，造成生活在喀斯特地质区的植物即使在雨季也可能频繁遭受干旱胁迫。

受季风气候影响，云南南部的西双版纳地区一年中有半年发生干旱，喀斯特山地植物遭受更为严重的干旱胁迫。然而，有些植物却偏爱生长在喀斯特山地。据统计，在西双版纳热带喀斯特森林中，约有10%的植物只能生长在喀斯特山地。

为深入研究植物对热带喀斯特生境的适应机制，该植物园博士生付培立等在导师曹坤芳的指导下，利用系统独立对比方法，研究了该植物园附近热带喀斯特森林中的6种常绿树木和6种落叶树木。

通过比较枝条和叶片的水力特征、水分关系、叶片寿命和光合特征，研究人员发现，落叶树木具有较大的导管直径、较高的枝条导水率和光合速率，而常绿树木木质部抗气栓化能力和叶片耐失水能力强。叶片寿命越长的植物，其枝条木质部水分运输能力越低；枝条抗栓塞化能力越强的植物，其叶片的耐旱性也越强。研究还发现，叶片密度和木材密度这两个相对容易测定的功能性状，可作为旱生森林植物耐旱性与叶片光合能力的指征。

    新加坡国立大学的研究人员发现了植物开花的基因“按钮”，有望在未来“调控”植物的开花时间，加快作物在不同环境下开花结果的速度，以增加作物产量。以往的研究显示，植物会通过叶子接受光信号，并传递一种叫“开花素”的信号至茎端，从而使植物开花。找出“开花素”及“开花素”输送机理的研究自上世纪30年代就已开始。对于前者，科学家如今已有所了解，至于是什么使得“开花素”能被输送至茎端，使植物开花，则始终不为人知。研究人员从2007年起投入“寻找让植物开花结果”的研究中，经过五年的努力，终于找出了“开花素”的输送机理，为植物生殖发育的研究和应用提供了一大重要突破。

    领导一个八人小组进行研究的国大科学学院生物系副教授俞皓接受采访问时说：“我们在名为拟南芥的模式植物中，筛选和“开花素”蛋白出现相互作用的调控蛋白，发现了一个所有植物都有的关键基因FTIP1，可控制“开花素”蛋白从叶子到茎端的转移，从而决定植物的开花时间。” 他解释：“掌握了这一转移机理后，我们便能通过调控基因的表达量、激活量来决定该‘运输’多少开花素，以控制这个植物是否应提早开花、推迟开花，或是不开花。” 他用蔬菜与水稻为例指出，大家都爱吃蔬菜的叶子，不爱吃花，所以可以控制让蔬菜不开花，至于水稻，因为一般上一年当中只长两个季节，所以如果能让它提早开花，那一年便可收成三次甚至是四次，产量将能明显提高。 　　

    这个研究团队是全球首个研究这类基因的小组，他们的这项研究成果已刊登在PLoS Biology生物学刊上。

　　在5亿年前，植物开始登陆，在登陆之前，它们需要做一些改变，因为这些古老的祖先并不擅长生活于干旱且曝晒的环境中，于是它们进化出一些酶，以合成能帮助它们抵御外界威胁（如紫外线）的化合物。这些化合物在现代植物中发挥着非常重要且“完美”的作用，它使植物能遍布世界各地，同时它对人类也非常有用，它可以制成药物、营养物质、香精、染料及杀虫剂等。这些酶类都是从蛋白质进化而来。来自萨克生物研究学院的Joseph P. Noel及同伴将注意力集中在寻找一种新陈代谢酶类的进化过程上，这种酶的前身仅是一类无任何活性的蛋白质。这种酶被称为查尔酮异构酶（chalcone isomerase，CHI），它对一类特定的新陈代谢产物——类黄酮（flavonoids）的产生起关键作用。类黄酮有上千种形态，它为植物提供吸引传粉者的色彩、驱散食草动物的恶臭、抵御真菌入侵的味道以及反抗阳光漂白作用的保护剂。在生物学家眼中，CHI算得上是一类非常完美的酶类，它特殊的原子结构使其能达到活性的最大值。Noel解释说，一旦化学物质进入细胞质，就能立即被它转化为类黄酮，从进化学角度讲，CHI已经达到它的顶峰了。

　　2000年，Noel和他的团队首次利用X射线扫描解开了CHI的原子结构，Noel说，从结构及生化角度分析，它已达到进化极限，然而从生物学角度讲，任何新事物与祖先都会有所不同。当时，Noel并没有找到存在于阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）中CHI的任何初期形式，而且CHI也仅存在于植物界中。在那之后，随着分子及基因技术不断进步，Noel和同伴最近在细菌及酵母中发现了CHI古老形式的基因片段，这表明CHI在植物登陆前就拥有深远的进化渊源。

　　之后，研究者在阿拉伯芥的基因组中寻找与CHI相似的序列，他们发现一类名为FAPs的蛋白质族中的3个成员与CHI拥有相似的基因序列与分子骨架结构，Noel说，它们应该与CHI同源。研究者提取出FAP基因并插入大肠杆菌（E. coli）中以期望获得蛋白质产物，然而令人惊讶的是，FAP基因与大肠杆菌中的一种脂肪酸紧密结合，以至根本无法进行观察。在利用X射线对FAP进行观测时也遇到了相同的情况，而CHI则能捕获查耳酮（chalcone）并将其转化为类黄酮。

　　研究者追溯这3类FAPs在叶绿体中的作用，由于脂肪酸对于在种子和胚胎中储存能量极为关键，因此FAPs也被认为是常规新陈代谢的主要成员，而类同酮合成则是一种特殊的新陈代谢过程，它对植物在野外生存起到了宏观维持的作用。虽然两者之间作用不同，但它们的基因及结构相似性仍显示它们拥有共同的进化关系。它们究竟哪种更原始些呢？Noel更倾向于认为FAPs更古老些。因为FAPs在藻类内部也是新陈代谢的主要成员，而CHI所控制的类黄酮代谢则是在5亿年前出现的。Noel及其同伴还将继续探寻它们更为深远的起源。（化石网/歆塬编译）

大约5亿年前，植物开始从水生栖息地过渡到陆地，它们需要改变自身。这些现代植物的原始祖先最初并不具备在干旱的、阳光摧残的世界上生存的能力。然而渐渐地它们进化出了一些酶，使得它们能够合成新型的化合物保护它们免于新世界的威胁，例如太阳的有害紫外线。

大约5亿年前，植物开始从水生栖息地过渡到陆地，它们需要改变自身。这些现代植物的原始祖先最初并不具备在干旱的、阳光摧残的世界上生存的能力。然而渐渐地它们进化出了一些酶，使得它们能够合成新型的化合物保护它们免于新世界的威胁，例如太阳的有害紫外线。

来自美国萨克生物研究学院的研究员Joseph P. Noel和他的同事们在一项新研究中将研究焦点放在了其中的一个代谢酶上，直到今天这种酶仍能有效地发挥功能被生物化学家们视为是催化上“完美无缺”的。在发布于5月13日《自然》（Nature）杂志上的论文中，研究人员揭示了该酶是如何从非催化性的祖先蛋白进化而来的。

Noel的研究兴趣在于了解如今的植物获得制造出不同化学武器能力的机制——成千上万的特化分子使得植物能够在世界各地各种各样的，有时甚至是有害的环境中旺盛生长。这些化合物中有许多同样对人体有益——可作为药物、疾病预防的营养物、香料、染料和农药。现代植物利用的酶工具一定是从远古植物为了在极其不同的世界中生存所利用的蛋白质分子进化而来。

在当前的研究中，Noel和他在萨克生物研究学院的同事与爱荷华州立大学的研究人员合作侧重研究了苯基丙乙烯酮异构酶(CHI)，CHI对于生成特定代谢产物黄酮类化合物（flavonoids）起关键性作用。黄酮类化合物以数千种形式发挥作用，为植物提供颜色吸引传粉昆虫，用有毒气味击退草食动物，用奇怪的味道来阻止真菌繁殖，用保护剂对抗太阳紫外线的漂白效应。

生物学家们长期将CHI描述为一种“完美”的酶，因为它的原子结构可通过微调来催化极速反应。Noel 说：“化合物尽可能快速地在溶液中或植物细胞质中撞上它，然后CHI制造出黄酮类化合物产物。在进化意义上说，它达到了极限。它正接近它能达到的极速。”

2000年，Noel的研究小组首次解析了CHI的原子结构，通过X射线晶体学技术揭示了使CHI成为植物酶中的“法拉利”（ Ferrari）的精确三维原子排列。事实上，它们的结构和生物化学分析表明该酶似乎已经达到了它的“进化极限”。然而在生物学中，一切来源于古老事物的东西都有可能是不同的。

CHI这一高速催化物是在在植物进化的过程中的何处出现的？回顾2000年时，Noel并没有能够在拟南芥中找到显而易见的前体。尽管CHI自身对于大多数新近进化的绿色植物的黄酮类化合物生成起至关重要的作用，然而它似乎不存在于植物王国之外。

从Noel研究小组揭示CHI结构至今多年来，现代植物科学获得了大量的新分子和遗传学技术。这些技术进步使得Noel和他的同事们能够在更简单（更古老）的生物体基因组序列中搜索CHI相关的蛋白质标记。他们在细菌和酵母中发现了与该酶相关的部分序列，向Noel提示CHI在深远的过去，在绿色植物走向陆地之前，就具有一个分子祖先。

来自美国萨克生物研究学院的研究员Joseph P. Noel和他的同事们在一项新研究中将研究焦点放在了其中的一个代谢酶上，直到今天这种酶仍能有效地发挥功能被生物化学家们视为是催化上“完美无缺”的。在发布于5月13日《自然》（Nature）杂志上的论文中，研究人员揭示了该酶是如何从非催化性的祖先蛋白进化而来的。

科学家们接下来在拟南芥基因组中进一步搜索了与CHI相似的序列，从而使得他们转向了一个称为FAPs的蛋白家族的三个成员。FAPs在基因序列和分子骨架结构上非常相似表明它们与CHO具有共同的根源 为了了解更多信息，研究人员生成了来自FAP基因的蛋白。Noel 回忆说：“在这一过程中，我们获得了来自植物的每个FAP基因，将它插入到大肠杆菌中，让细菌将其转变为我们能够处理的蛋白质。然而出人意料的是，这三个古老蛋白抓住了来自大肠杆菌宿主的一个脂肪酸分子，FAP蛋白紧紧地抓着它以致于我们能够看到这一额外的分子。”

实际上，当他们利用X射线晶体学检测FAP蛋白质的分子结构时，他们发现FAP形成了口袋紧钩到一个脂肪酸上。与之相对比，CHI包含了一个特异形状的口袋抓住了查尔酮（chalcone）将其转变为植物黄酮类化合物。

Noel研究小组追踪三种FAPs至植物叶绿体。叶绿体是指出光合作用发生的位点，也是脂肪酸从头开始合成的位点。叶绿体中生成的脂肪酸之后被利用在种子和胚中累积能量储存。由于对生存至关重要，FAPs被视为是植物主要代谢组分中重要的部分。相比之下，黄酮类化合物的合成被认为是一种特异的代谢：黄酮类化合物促成了植物能够在野生特定情况下长期传递基因的能力，但当植物被放置在精确调控的实验室环境中时却并非即刻对生存起至关重要作用。

Noel说尽管FAPs和CHI在现代植物中发挥着非常不同的作用，它们的遗传和结构相似性表明存在一个明确的进化关系。那么哪一个是另一个的祖先？Noel认为FAPs更年长。

由于FAPs甚至在藻类（早期植物祖先的现代范例）中促成了初级代谢，因此相比CHI它们更有可能通过自然选择保存了超过5亿年。这一快速移动的驱动黄酮类化合物生成的酶有可能是在更“近”的过去形成，仅仅5亿年前左右，随着植物开始向干涸的、紫外线明亮的陆地迁移。

Noel说发现植物生物合成中两个独立的参与者之间的联系将对农业、生物燃料和营养学产生重大的影响。这些不同的生物化学近亲的进化重聚让他感到非常兴奋。这也是给十年研究工作打上的一个极好的惊叹号，Noel的研究小组一直在锲而不舍地追寻这一在黄酮类化合物信号通路中的关键酶的起源。“这真是很酷，它是最好的一个例子，一个不是酶的蛋白进化成了极其有效的酶。我们可以从中得知不是我们，而是自然一直在完成一个时间为5亿年的实验！”

（生物通：何嫱）

本报讯（记者李洁尉 通讯员周飞）中科院华南植物园研究员任海等建立了“珍稀濒危植物回归的模式”，并于近日在国际期刊《人类环境学杂志》中展望了极小种群植物保护和回归的国际趋势。该杂志主编表示，任海等建立的模式对全球植物保护具有重要的参考价值。

据介绍，中国有3万多种高等植物，且有物种丰富度高、特有种属多、区系起源古老、栽培植物种质丰富等特点。但是，由于人口急剧增长，各种污染及不合理的资源开发活动导致我国的植物多样性面临着严峻的威胁。

为此，我国先后公布或实施了《中国植物红皮书》、《国家重点保护野生植物名录》、《中国植物保护战略》和《全国极小种群野生植物保护实施方案》，建立了一批自然保护区、植物园和迁地保护设施以进行植物保护，并取得显著成效。

据了解，至2011年，国际上已开展了至少涉及172个分类群的249个回归实验，发表了890多篇论文，但全球仅有62例回归成功案例。

在开展受威胁植物迁地保护和研究的基础上，我国开展的极小种群野生植物回归自然研究和试验获得成功的有38种。例如，草本类有报春苣苔、杏黄兜兰、虎颜花等，灌木类有疏花水柏枝、德保苏铁和四药门花等，乔木类有长梗木莲、伯乐树、三棱栎、华盖木、西畴青冈等，低等植物有荷叶铁线蕨等。

在成功回归的过程中，华南植物园科研人员取得了一些进展：发现报春苣苔等28种植物分布范围狭窄，在人为干扰及气候变化情景下种群在缩小，这些植物自然繁殖均有不同程度的障碍；提出了利用生物技术和生态恢复技术集成方法进行珍稀濒危物种回归的新模式；发现了报春苣苔回归过程中需要先恢复其伴生苔藓植物并作为护理植物；通过对虎颜花的成功易地回归表明，在气候变化情景下，人类可以帮助珍稀濒危物种迁移、定居等。

天然食物中充满了维生素、矿物质、微量元素和次生植物物质(参见95页)。这些食品是不可替代的，即使是含有分离出来的单一成分的药物也不能取代这些食品。大自然已经把通向“健康”的门敞开了，你只需要进去取就行...即将发布