编译：向日葵全天跟踪太阳，新研究揭示其独特新颖机制

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    编译：公子欣

    向日葵

    以全天跟踪太阳的能力而闻名

    但它是如何“看到”太阳

    并跟随它的呢？

    加州大学戴维斯分校的植物生物学家在《公共科学图书馆·生物学》杂志上于10月31日公布的研究成果显示，他们发现了一种与先前认知截然不同的创新机制。

    这真是一个意外的喜悦，加州大学戴维斯分校的植物生物学领域的教授、该论文的主要作者如此感叹。

    向日性·向光性

    太阳穿梭于天际，向日葵便会调整其头部，追随太阳的轨迹，夜幕降临后再次调整方向，次日清晨又朝向东方。这一现象源于其独特的生长习性，白天茎的东侧生长速度较快，而夜晚则是茎的西侧生长较快。这一生长特性被称为向日性，通常被视为向光性的一种特殊表现。

    植物的生长特性之一便是其向光性，即趋向光源生长的能力。植物学家们曾提出一个假设，认为向日葵的朝向太阳的特性，可能源自一种基本机制，这一机制由一种称作趋光素的分子所主导，并能够对光谱中蓝色的那一端产生反应。尽管如此，关于向日性背后的具体机制，目前仍缺乏明确的了解。

    为了深入探究向日葵的向日特性，科研人员对在实验室严格控制条件下培育的向日葵以及露天田野中在阳光照耀下生长的向日葵的基因表达情况进行了对比分析。

    图1 向日葵茎的向光性和自动矫直响应

    室内环境中，向日葵朝向光源伸展，这一过程激活了其体内与光敏素相关的遗传因子。然而，室外生长的向日葵即便在阳光照耀下摇摆其头部，其基因的表达却呈现出截然不同的模式。观察其茎部两侧的趋光性蛋白，并无显著的区别。

    图2 太阳跟踪向日葵茎的转录组分析

    然而，在向光性过程中迅速被激活的某些基因，还有那些与叶片遮阴生长反应相关的基因，它们在向光性启动之初便在茎的西侧迅速被激活，这一现象暗示红光光感受器可能在太阳追踪过程中发挥着重要作用。

    图3 向光性和向日性期间基因表达的不同模式

    为了探究不同光感受器信号通路在向日性表现中的具体功能，科研人员对植物进行了一系列的光照条件调整，以模拟其追踪太阳的光照环境。实验结果显示，无论是通过遮光盒来屏蔽蓝光、紫外光、红光还是远红光，这些处理均未对植物的向日性反应造成任何影响，既不会妨碍田间向日葵向日性的产生，也不会干扰其向日性的持续。

    图4展示了向日葵启动时特有的转录特征，并且这一过程在不同的光照环境中均能观察到。

    总体来看，研究得出的结论是，对光线的敏感性在基因表达调控方面与由趋光素引发的趋光反应有所区别。向日葵的生长与持续过程均能抵御光质变化的影响，这一点进一步揭示了在太阳追踪过程中，存在多条光信号传导途径的参与。

    我们似乎已将促光素途径的可行性排除在外，然而，尚未获得确凿无疑的证明材料。他表示，后续的研究工作将主要聚焦于植物体内蛋白质的调控机制。