對于被子植物或開花植物而言，每年面臨的最重要的決定之一就是何時開花。這不是一件輕而易舉的事。為了開花，它們必須停止營養(yǎng)生長，并致力于制造那些能夠帶來下一代的能量昂貴的繁殖結構。

在細胞水平上了解這一過程對于了解植物如何分配資源和生產(chǎn)我們最關心的成分至關重要 - 包括對人類和動物都非常重要的谷物，塊莖，葉子，堅果和水果。

在9月24日在該雜志發(fā)表的一篇論文自然植物，一個國際研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基因FT-初級的過渡司機在植物開花每個彈簧做了意想不到的擬南芥擬南芥在自然環(huán)境中生長的植物，對實驗室常用的人工生長條件科學家有影響。由華盛頓大學生物學教授Takato Imaizumi領導的研究小組表明，F(xiàn)T每天早上都有活動高峰，這是科學家之前在擬南芥中所見到的。，一種模型植物，廣泛研究，以了解向開花過渡的分子細節(jié)。FT活動的早晨高峰導致植物從營養(yǎng)生長過渡到開花。

“之前關于擬南芥FT活動的研究表明，晚上活動高峰，而不是早晨，”該報的資深作者Imaizumi表示。“我們明確表示早晨活動達到頂峰 - 我們認為我們知道為什么此前的高峰期以前沒有在研究實驗室看到過。”

在熒光燈下室內生長的擬南芥植物上進行了先前的研究，該研究僅觀察到FT基因活性的晚峰。今泉和他的團隊 - 包括瑞士，蘇格蘭，韓國和日本的研究人員 - 在陽光下將植物種植在外面。

Imaizumi想做這個實驗，因為在他實驗室所在的西雅圖夏至的條件類似于擬南芥的標準化，人工“長日”生長條件：16小時光照和8小時黑暗。

“我一直想在與實驗室相似的條件下在戶外種植植物，以確保我們在擬南芥實驗室中看到的真正發(fā)生在自然界正在發(fā)生的事情，”今泉說。

他的團隊成長為非轉基因擬南芥連續(xù)五個夏天在戶外種植植物，并將它們與在人工長日照條件下在室內種植的植物進行比較。室外植物比室內植物產(chǎn)生更少的葉子，表明室外植物開花得更早。室外和室內植物都顯示出FT基因活動的晚峰，但室外種植的植物也顯示出FT活動的早晨高峰。他們的結論是，室內的人工生長條件錯過了自然條件的關鍵性質，摒棄了FT基因的表達及其所控制的特性。當活躍時，F(xiàn)T基因產(chǎn)生一種蛋白質，從葉子傳播到莖尖分生組織 - 芽中干細胞的生態(tài)位 - 產(chǎn)生地上生長 - 并將分生組織從營養(yǎng)生長轉變?yōu)榛ㄉL。

為了確定室內和室外生長條件之間的差異，Imaizumi的團隊專注于光線。擬南芥研究中常用的熒光燈泡不會發(fā)出與太陽光相同的光波長。例如，熒光燈泡從遠紅外波長產(chǎn)生較少的光。在室外生長地塊中，紅色波長光與遠紅色波長的比率約為1比1，但對于熒光燈泡，該比率高于2，這意味著它們比遠紅色發(fā)出更多的紅光。當研究人員在室內生長室中添加一個遠紅色LED燈以模仿外部光線時，擬南芥植物隨后顯示出FT基因活動的早晨峰值。

此外，通過將室內生長室中的溫度每天從大約16攝氏度改變到大約23攝氏度或從61華氏度到大約73華氏度來改變，晚上FT基因活性降低，類似于室外植物。

FT已經(jīng)在其他植物中進行了研究，包括一些作物植物，其也顯示FT表達的早晨峰值。但是，對于確定植物性狀的細胞和遺傳細節(jié)所需的受控環(huán)境研究，大多數(shù)商業(yè)上重要的植物太大或生長太慢。這就是為什么擬南芥(一種來自芥菜科的小型，快速生長的雜草)被廣泛用作替代模式生物的原因。

Imaizumi表示，該團隊的調查結果是重新審視人工生長條件的機會。

“擬南芥已經(jīng)研究了幾十年。研究人員根據(jù)設備，時間和資金，盡可能地建立室內生長條件，并將這些條件傳遞給他們訓練的科學家，”今泉說。“但我們需要改變這些條件，以便我們在實驗室中發(fā)現(xiàn)的東西更接近地反映自然。如果我們通過做出這些微小的改變看到開花的變化，我想其他特征也會改變。”

至關重要的是，他們的研究結果為植物研究人員采用更準確地反映自然生長條件的人工生長條件指明了前進的道路。

“我們表明，人工生長條件需要進行一些簡單的修改，研究人員正在全球范圍內使用，因此實驗室對擬南芥的研究和其他植物準確地模擬了室外生長條件，”今泉說。“這確保了在實驗室中取得的發(fā)現(xiàn)將更多地與生物過程相比 - 在細胞和分子水平 -在自然界中感興趣的其他植物中。”