谁正在决定一粒种子的大小？科学家发觉背后的

　　种子具有极其主要的意义，对动物来说，它们是生命的起点，对人类来说，它们是粮食平安的根本。因此自古以来我们人类就一直关心着种子的构成纪律取内正在特征。此中，对种子大小的研究更是热度不减。这是由于分歧动物的种子大小差别很大，最大的种子沉达几十公斤，而最小的种子则轻得几乎称不出来，种子尺寸的差别不只反映了动物正在天然界中的策略，也间接影响着做物的产量。那么，是什么要素决定了种子的大小？近年来，科学家发觉，除了遗传要素和前提外，动物激素正在此中也阐扬着环节感化。近日，中国科学院西双版纳热带动物园的研究团队正在《动物细胞》（The Plant Cell）上颁发，了动物激素——茉莉酸（jasmonate， JA）正在调控种子大小方面的新机制。这一发觉为我们理解种子构成的调控收集供给了新的线索，也为将来做物改良带来潜正在使用。种子是开花动物的主要布局，兼具繁殖儿女取农业使用两方面的感化。正在天然界中，大种子由于储存了更多养分，即便正在过程中遭到毁伤，也能成功萌生，提高了成功率；而小种子则更适合远距离扩散，可以或许借帮风力或动物照顾，帮帮动物拓展分布范畴。[1]对人类来说，种子的大小间接关系到粮食产量和操纵价值。无论是小麦籽粒的丰满度仍是水稻的千粒沉，正在农业育种中都是主要的目标。从餐桌上的粮食到衣柜里的棉花，种子曾经深深嵌入人类文明的成长之中。要理解种子为何正在天然界和农业中如斯主要，我们还需要回到它的发源，看看种子是若何正在漫长的演化中逐渐完美的。种子的呈现是动物界的一场主要变化。大约 3。6 亿年前，裸子动物率最先构成种子，但那时的种子没有果皮包裹，典型的裸子动物好比松树的球果，种子便间接正在中。曲到约 1。3 亿年前被子动物呈现，种子才被果皮包裹，从而获得了更好的能力。这一演化不只让种子更能抵御干旱、病虫害，还能借帮果实更高效的[2，3]。演化过程中，种子大小也正在不竭变化。有的动物演化出体积较大的种子，恰是正在这种持久的顺应取选择中，构成了今天种子世界里庞大的体型差别。这种体型上的差别大到了几乎不可思议的程度。好比最大的种子海椰子（Lodoicea maldivica），它的果实长可达 50 厘米，分量跨越 30 公斤；而最小的种子斑叶兰（Goodyera schlechtendaliana），大约一万粒加起来，才相当于一粒芝麻的分量。[4，5]这种庞大的差别并非偶尔，而是持久演化中顺应和基因调控的配合成果。以海椰子为例，它发展正在塞舌尔群岛的热带海岸中，生境范畴狭小，个别更新迟缓。为了长苗正在激烈的资本合作中能成功存活，海椰子演化出体型庞大的种子，内部储存大量养分，哪怕抽芽周期长、数量少，也能提高成功率。比拟之下，斑叶兰分布正在潮湿的林下，适合借帮风力极细小的种子。体积极小使它们可以或许正在丛林中大量扩散，以广撒网的体例添加繁衍机遇。前者是典型的K选择策略，尔后者则是典型的 R 选择策略。但只是影响种子大小的一方面，更深条理的差别来自基因调控。分歧正在进化过程中，构成了节制细胞、养分分派的遗传收集，从而决定了种子的最终大小。而正在这一收集中，动物激素起着信号调控的环节感化，它们正在母体取种子之间传送信号，协调资本分派。近年来，研究者出格关心的茉莉酸（jasmonate， JA），恰是此中一类主要的激素。它不只帮帮动物应对顺境，也被发觉取种子大小的调控间接相关[6，7]。种子大小不只取决于种子本身的基因，还会遭到母株的影响，这被称为母系效应，即子代的某一性状表示不由本身基因型决定，而是由木本的基因型或其他物质调控。研究发觉，茉莉酸受体 COI1 就通过母株对种子大小发生调控感化。当 COI1 功能一般时，种子的大小连结正在适宜范畴；而正在 COI1 功能发生改变(（COI1-2、COI1-16）)的植株中，种子往往会长得比一般环境更大。取此相对，JAZ 卵白可以或许茉莉酸信号。若是 JAZ 卵白的功能削弱(jazQ)，茉莉酸信号就会相对加强，这就会导致种子变小；反之，若是 JAZ 卵白持续存正在并连结活跃（JAZ1-ΔJas），茉莉酸信号就会遭到，种子则会比一般环境更大。分歧植株的尝试成果分歧显示：茉莉酸信号的强弱，会间接影响拟南芥种子的大小[7，8]。分歧基因型拟南芥的种子（A）、长苗（C）和花瓣（D）表型差别（图片来历：参考文献[7]）为了茉莉酸正在种子发育中的感化，研究团队选择了拟南芥做为尝试材料。这是一种发展快、基因简单、易培育的草本动物，是动物学研究的明星材料。成果发觉，种子大小的调控涉及两个环节基因：KLU和SOD7。KLU 能推进珠被细胞的增殖，从而让种子变大；而 SOD7 则会 KLU 的活性，种子发展。3。此外，因子 MYC2/4 也会和 SOD7 协同工做，使对 KLU 的更强。最终成果是：种子不会无长大，而是连结正在合适的大小。更主要的是，这套机制正在顺境中仍然无效。好比正在高盐下，动物往往需要节流能量，茉莉酸信号就会加强 SOD7 的感化，进一步 KLU，让种子变小。如许，母株能保留更多养分，提高正在恶劣下的几率。这项研究不只了茉莉酸调控种子大小的机制，也为农业育种供给了新的思。通过调理取茉莉酸信号相关的基因，科学家无望培育出既能连结合适大小，又具备抗逆性的做物品种。如许，种子既能正在天然前提下提高存活率，也能正在农业出产中带来更不变的产量。对人类来说，种子的大小关系到粮食产量和平安。正如袁隆平院士提出的“禾下乘凉梦”，人们但愿水稻等做物能更高产、更靠得住。茉莉酸相关机制的发觉，大概能为实现这一方针供给层面的新东西。