植物昼夜节律研究进展

植物昼夜节律研究进展

陈 意，向 宇，余光辉＊

【摘 要】摘 要 生物钟是植物适应外界环境的一种内在分子机制。通过生物钟核心元件基因组成的转录-翻译反馈调节环路，植物能够对环境中的信号如温度和光照进行整合，对光周期开花、激素信号传导、生长、代谢以及生物和非生物胁迫的响应等多种生理过程进行协调。此外，通过驯化过程使得植物能够达到与外界环境最佳的匹配和同步化；植物生物钟和光合作用代谢产物之间的调控关系，预示着生物节律理论在农业生产上的潜在优势。

【期刊名称】植物学研究

【年(卷),期】2018(007)003

【总页数】6

【关键词】关键词 生物钟，昼夜节律，核心振荡器，拟南芥

1.引言

地球自转引起的昼夜循环导致了环境每日的重复波动。生物随着环境的明暗交替和温度变化进化出内源性的近日性的节律变化[1]，这种机制称为昼夜节律(Circadian rhythm)或生物钟(Biological clock)。没有外部信号的情况下近日性表现为24 h的周期性振荡。研究表明，在连续光照(或黑暗)和恒定温度条件下近日性节律的维持是由内源性生物过程驱动的[2]。例如，人体生理和机理的变化受到内源性节律振荡的广泛调控。在时差影响下，昼夜节律振荡器变化强烈，具体表现在内部振荡器时间的预测与外部环境的冲突和相互协调[3]。几乎所有的有机体，从单细胞的蓝藻到复杂的哺乳动物，都具有一套预知环境变化的生物节律系统。生物的内源生物节律控制着机体的行为、生理活动，使之更好的适应环境[4]。时间生物学(Chronobiology)研究内源生物钟的分子机制、外界环境对生物钟的驯化或牵引(Entrainment)、生物钟对机体行为、生理活动的调节等时间依赖的生物学过程。近年来，植物昼夜节律调控的分子机制成为研究的热点和难点。环境中的信号如温度和光照被核心振荡器所整合，对多种生理过程进行协调。光照和温度这些外界信号通过影响生物钟的速度，并作用于振荡器中不同的核心分子来导引时钟。之后时钟会以相应的节律进行节律性输出，从而协调多种生理途径，包括光周期开花、激素信号传导、生长、代谢以及生物和非生物胁迫的响应(图

1)[5]。

2.植物生物钟

2.1.植物生物钟核心元件间的交互调节

传统观点认为昼夜节律系统是一种线性路径，但越来越多的证据表明它是一个高度复杂的调控网络。植物、动物、昆虫和真菌等生物的生物钟调控系统通常是基于转录和翻译的反馈环路