據外媒報道，秋天的第一場霜凍對園丁來說可能是殘酷的，但最新的證據表明，這對植物生命卻是一件意義深遠的事件。這一發現可能會影響我們在變化的氣候條件下種植作物的方式並幫助我們更好地理解動物和人類的分子機制。
我們對植物如何在分子水平上記錄溫度的很多理解都是從春化研究中獲得的。春化是指為春天開花做準備而長期暴露在寒冷中。
利用擬南芥模型植物進行的實驗表明，這一長時間的寒冷是如何提高了開花的阻力–一種名為FLC的基因。這種生物化學阻力還涉及到另一種分子–COOLAIR，跟FLC相反。這意味着它位於FLC的另一條DNA鏈上，它可以跟FLC結合併影響其活性。
但關於自然溫度變化如何影響這一過程科學家們還知之甚少。那麼COOLAIR在本質上是如何促進FLC的關閉的呢？
為了找到答案，約翰英納斯中心的研究人員使用了在不同氣候條件下生長的天然擬南芥。他們測量了三個不同地點–一個在英國的諾維奇，一個在瑞典南部，一個在瑞典北部亞北極地區–的不同冬季條件下的COOLAIR的開啟量。
COOLAIR的水平在不同的入口和不同的位置有所不同。然而研究人員發現了所有植物都有一個共同之處，那就是當溫度第一次降至冰點以下時COOLAIR就出現了一個峰值。
為了確認冷凍后COOLAIR的這種上升，研究人員在溫控室中進行了實驗，該實驗模擬了自然條件下的溫度變化。結果他們發現，冷凍后一小時內COOLAIR的表達水平上升並在冷凍后八小時達到峰值。冷凍后FLC水平則有小幅下降，這反映了這兩種關鍵分子成分之間的關係。
接下來，研究人員發現了一種突變的擬南芥，即使天氣不冷它也能產生較高水平的COOLAIR和較低水平的FLC。當他們編輯該基因以關閉COOLAIR時，他們發現FLC不再被抑制並為這種分子機制提供了進一步的證據。
該研究的論文共同第一作者Yusheng Zhao博士指出：“我們的研究顯示了自然野外條件下植物對溫度感知的一個新方面。第一次季節性霜凍是秋季冬季到來的重要標誌。在擬南芥中，COOLAIR的初始凍結依賴誘導似乎是一個進化上保守的特徵，這有助於解釋植物如何感知環境信號並開始壓制主要的花抑制因子FLC，使開花跟春天一致。”
這項研究揭示了植物感知溫度的分子過程的可塑性，而這可能有助於植物適應不同的氣候。
研究論文通訊作者Dame Caroline Dean則表示：“從植物的角度來看，它提供了一種可調節的方式來關閉FLC。反義基因義的任何調節都會關閉反義，從進化的角度來看，這取決於反義發生的效率或速度以及它發生在多少細胞中，然後你就可以在細胞之間上下啟動阻力。”
這些發現將有助於理解植物和其他有機體如何感知變化的環境信號，並可用於在氣候變化時期改善作物。
這一發現也可能跟許多生物體中基因表達的環境調控廣泛相關，因為反義轉錄已被證明會改變酵母和人類細胞中的轉錄。