植物如何遗忘？

来源：生物通

尽管植物的行为与人类不同，但植物也有记忆。例如，记住冬天长时间的寒冷，以确保在春天的正确时间开花。一旦植物开花结果，这些信息就会从记忆中“抹去”，这样它们就不会在第二个冬天过早开花。

一个国际研究小组找到了这个问题的答案。

尽管植物的行为与人类不同，但植物也有记忆。例如，记住冬天长时间的寒冷，以确保在春天的正确时间开花。一旦植物开花结果，这些信息就会从记忆中“抹去”，这样它们就不会在第二个冬天过早开花。

发表在《Nature Cell Biology》上的这项研究揭示了更多关于植物能力的信息。

植物的记忆是通过组蛋白修饰来实现的，这种所谓的 “表观遗传记忆”可以记录重要信息，组蛋白对细胞中DNA的包装和索引非常重要。一种叫做H3K27me3的组蛋白修饰，倾向于标记被关闭的基因。对开花这种情况，寒冷条件导致H3K27me3在控制开花的基因上积累。Berger实验室先前的研究已经表明，H3K27me3是如何在细胞间忠实地传递的，因此在春天，植物会记得虽然现在很冷，但冬天已经过去，以便在正确的时间开花。但同样重要的是，一旦它们开花并结出种子，种子就需要忘记这种对寒冷的“记忆”，这样当冬天再次来临，它们就不会过早开花。既然H3K27me3是从一个细胞到另一个细胞的忠实复制品，植物如何在种子中忘记这种记忆呢？

奥地利科学院孟德尔研究所的Frédéric Berger研究员领导一支国际研究小组继续解答了这个问题。Frédéric Berger实验室的首席研究员Jórg Becker说：“我们开始分析花粉中的组蛋白，假设遗忘过程最有可能发生在嵌入的精子中。”

研究人员惊讶地发现，H3K27me3在精子中完全消失了。精子中积累了一种特殊的组蛋白，不能使之携带H3K27me3。这就确保了这一改变从成百上千的基因中被抹去，不仅是那些阻止开花的基因，还有那些控制种子中大量重要功能的基因，这些功能是由花粉携带精子与植物卵细胞融合后产生的。

“这种现象被称为‘’表观遗传重置（epigenetic resetting）’，类似于擦除和重新格式化硬盘上的数据，”论文第一作者Michael Borg说。“从生态学的角度来看，这其实很有意义。由于花粉可以通过长距离传播，例如通过风或蜜蜂传播，H3K27me3携带的‘记忆’大多与环境适应有关，种子应该‘忘记’父亲的环境，而应该记住母亲的环境，这是有意义的，因为它们最有可能在母亲身边传播和生长。”

据Borg博士称， “像植物一样，动物也会抹去精子中的这种表观遗传记忆，但它们是通过用完全不同的蛋白质替换组蛋白来完成的。这是第一个例子，说明了一种特殊的组蛋白变体如何帮助重新编程和重置单个表观遗传标记，而不影响其他标记。植物和动物中还有许多未研究的组蛋白变体，我们希望还能在其他生物体和发育环境中发现的这种重置机制的某些方面。”

参考文献

Targeted reprogramming of H3K27me3 resets epigenetic memory in plant paternal chromatin