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藏文科普 | 拟南芥：十字小花破译植物密码

来源：花匠小妙招时间：2024-11-12 07:23

撰文 / 史军绘图 / 骆玫

本文来自《知识就是力量》杂志

人类在认识大自然的过程中往往需要借助一些模型，因为自然界存在的事物复杂多样。

说到动物中最重要的模式生物——果蝇，大家可能还有所耳闻，但是要说植物中最重要的模式生物——拟南芥，知道的人就很少了。而拟南芥这种小小的植物究竟有什么神奇的能力，如此被科学家看中，它又是如何帮助我们破译生命密码的呢？

路边不起眼的小草

生长在路边不起眼的拟南芥

拟南芥的名字并不为公众所熟悉，但是这种植物的分布区却异常广大，欧亚大陆特别是欧洲区域是拟南芥的天然分布区，随着人类的活动，在成为实验室的明星植物之前，拟南芥已经走向全世界了。

拟南芥实在是太小了，它们的植株高度通常不会超过35厘米，叶片最长只有5厘米，口感和滋味也不好，并不能像荠菜那样成为明星野菜。从16世纪被记载，一直到19世纪被命名，拟南芥都是田地边的一介杂草而已。让大家万万没想到的是，看似百无一用的拟南芥最终成为生物学家梦寐以求的模式生物。

实验室为什么需要拟南芥

拟南芥的生长周期很短，从种子发芽到种子成熟只需要6周时间，这就可以让科学家们在尽可能短的时间里做更多的实验，从而验证自己的想法。一株拟南芥产生的后代很多，虽然它们的果实不大，但是一株拟南芥可以产生3000粒种子，最多甚至可以产生1万粒种子。更关键的是，一个小花盆就可以让数十株拟南芥茁壮成长。

用于实验的拟南芥

拟南芥的基因组也异常简单，绝大多数基因序列（50%-55%）是单拷贝序列，这些基因序列并没有重复和备份，为我们快速定位和编辑基因提供了重要基础。到目前为止，科学家发现了拟南芥的25500个功能基因，为研究植物分子生物学奠定了基础。其中最突出的工作就是破译了控制花朵发育的遗传密码。

破译花朵造型密码

花朵的结构实在太独特了，娇柔的雌蕊和雄蕊居中，花瓣和花萼簇拥着它们，任谁都无法相信这些精巧的结构就来自同一团细胞——花原基。

花结构示意图

通过对拟南芥基因的研究，科学家发现，花的发育主要是由ABC三类基因控制的，其中A类基因决定了花萼的特征；A类+B类基因共同作用决定了花瓣特征；B类+C类

基因共同作用决定了雄蕊特征；C类基因单独作用决定了雌蕊心皮的特征，同时也终止花器官在第四轮形成之后继续分化。如果B类基因的表达出现问题，那么本该生长花瓣的部位就会长出花萼，而本该长出雄蕊的地方就空无一物了。这就是关于花朵发育的著名的ABC模型。

随着研究的深入，科学家陆续找到了更多的关于调节花朵发育的基因，为我们了解和改造植物开辟了新的途径。

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