黃瓜如何“生男生女”?中國團隊解開70年謎題
咬一口清脆的黃瓜,你可能不會意識到,每一個果實都是由雌花發育而來的。葫蘆科作物如黃瓜,是雌雄異花,而雌花數量直接決定了果實產量,因此性別決定機制一直是農業科學的核心問題。上世紀50年代,科學家就觀察到“生長素能促進黃瓜雌花產生”的現象,但其中機理卻成為植物生理學領域的未解之謎,困擾了學界70餘年。張小蘭團隊。12月12日,中國農業大學教授張小蘭團隊在《科學》發表的研究成果終於揭開了謎底。他們發現了一個關鍵基因CsARF3,如同一位精明的執行長,在生長素和乙烯激素之間搭建橋樑,精準調控黃瓜的性別決定。該研究不僅回答了基礎科學問題,更為作物增產提供了新路徑。黃瓜雌雄同株材料中CsARF3突變後只產生雄花。從果實形狀到性別決定與動物不同,植物的性別並非與生俱來,而是受基因、激素水平、環境訊號的調控,複雜性遠超動物。被子植物的性別決定,不僅是進化成功的重要標誌,更是解鎖農業增產、推動雜交制種的關鍵密碼。論文通訊作者張小蘭告訴《中國科學報》,作物的產量主要來源於雌花發育的果實和種子。沒有雌花,就無法結果,產量也無從談起。性別決定在農業生產中有廣泛應用價值。對於以種子和果實為收穫對象的作物,增加雌花可以提高產量;對於觀賞園藝作物,如銀杏樹,可通過控制雌雄比例來滿足不同需求;在雜交育種中,利用純雌系可以避免去雄工序,節約成本。葫蘆科作物因其本身的性型非常豐富,逐漸成為研究性別決定的典型模式植物。張小蘭團隊長期關注黃瓜的發育研究,尤其是果實形狀等性狀的形成機理。2020年,論文第一作者韓立傑成為張小蘭課題組的博士生(現為博士後),並延續了這一研究方向,選擇CsARF3基因作為主要研究對象。“CsARF3基因在擬南芥中已知能控制雌蕊發育,我們想知道它在黃瓜中是否也有類似功能。”韓立傑說,“我們最初編輯CsARF3基因時,只是想看它對果實形狀的影響。當基因編輯植株開的全是雄花時,我們明白,這觸碰到了性別決定的核心機制。”這個意外發現讓團隊興奮不已,因為有可能破解生長素促雌這一世紀謎題。“我們實驗室沒有大量經費做基因組測序,但發育生物學研究體系非常成熟。”張小蘭強調,科研要發揮自身優勢。正是這種聚焦與堅持,為後續突破奠定了基礎。生長素與乙烯的精密“接力賽”隨著研究的深入,CsARF3基因的神秘面紗逐漸被揭開。這個基因如同生長素訊號的執行長,能將激素指令轉化為具體的發育命令。論文共同通訊作者、中國農業大學副教授周朝陽說,葫蘆科作物的花在早期發育階段是兩性的,隨著心皮原基或雄蕊原基的發育停滯產生了單性花,而果實由雌花發育而來。韓立傑在實驗中發現,當CsARF3被編輯突變後,黃瓜植株竟然不再產生雌花,全部變為雄花;相反,當該基因過表達時,雌花數量顯著增加。更重要的是,即使外施生長素也無法挽回突變體的表型。這證明,CsARF3是生長素訊號通路中不可或缺的關鍵環節。野生型和Csarf3突變體的不同性別類型。團隊發現,CsARF3通過兩條路徑調控雌花發育:一方面直接抑制雌性決定抑制基因CsWIP1的表達;另一方面促進分生組織決定基因CsSTM的活性。然而,對於下游基因CsSTM的研究一度讓他們一籌莫展。“CsSTM相當於植物建築師,負責花器官的建造。如果CsSTM嚴重突變,會導致植株死亡,所以我們一開始得到的突變體根本不能存活,無法進行後續研究。”張小蘭說。幾番討論後,團隊決定篩選弱突變體研究性別決定功能。“結果我們真的篩選出弱突變體,並且它活了下來。這讓我們鬆了一口氣。”韓立傑回憶道,“不然這個課題可能就做不下去了。”基於此,團隊終於搞清了生長素與乙烯之間複雜的“合作”關係。周朝陽告訴《中國科學報》,乙烯是已知的促雌激素,但它與生長素如何協作一直不清楚。他們此次揭示了一個精密如接力賽的調控網路:花發育早期,乙烯啟動CsARF3,進而通過生長素訊號促進心皮發育;隨後生長素又刺激乙烯合成,抑制雄蕊發育。這種合作關係確保了雌花精準形成。“這就像一場接力賽。”周朝陽比喻道,乙烯跑第一棒,啟動生長素;生長素跑第二棒,促進雌花發育,同時將接力棒傳給下一程的乙烯。這種精巧機制或許能夠解釋為什麼環境因素可以影響性別——溫度、光照等通過改變內源激素,如乙烯和生長素的水平,間接調控性別決定。5年辛苦都值了從2024年12月10日投稿到2025年12月12日線上發表,整整一年。評審過程有肯定也有挑戰。3位國際評審專家在一致肯定研究創新性的同時提出了嚴格的要求:補充更多實驗證據,特別是用雷射顯微切割技術驗證基因在花發育早期的表達模式。“我們要在花發育最早階段,取心皮原基的幾個細胞做分析。”張小蘭解釋道,這需要極高精度。手工取樣的花芽都已經是發育後期了,而早期心皮原基的細胞必須用雷射顯微切割技術獲取。“評審要求補實驗時,我們面臨很大壓力。”張小蘭坦言。但團隊沒有退縮,反覆最佳化實驗方案,最終用8個月完成了相關實驗。其間,西北農林科技大學教授李征團隊主動提供了幫助。“因為他們有相關經驗。”張小蘭強調,這種跨單位的科研協作,體現了團結攻關的重要性。CsARF3超表達株系雌花比例增加。受訪者供圖從2020年課題啟動到2025年論文發表的5年裡,團隊克服了無數困難。“最激動的時刻是發現CsARF3突變體全是雄花,那一刻我們知道觸碰到了重要科學問題。”張小蘭回憶道,另一個激動人心的時刻是團隊將生長素訊號與已知的乙烯途徑聯絡起來,形成完整調控網路,“那一刻感覺所有的辛苦都值了”。這項研究的價值不僅在於解答基礎問題,更在於具有應用潛力。目前在農業生產中,外施生長素雖然能增加雌花,但效果不穩定且在某種程度上影響植株生長。通過基因編輯技術,可直接創製雄性系或雌性系材料。“如果需要雄性系,就編輯CsARF3基因;如果需要增產,就增強其表達。”張小蘭說,這為精準育種提供了新工具。未來,團隊計畫繼續深入研究。“我們想研究環境如何通過激素影響性別決定,以及赤黴素等其他激素的作用。”周朝陽說。赤黴素作為已知的促雄激素,其作用機制在上世紀六七十年代就被發現,但未能闡明。這些研究有助培育抗逆性強、產量穩定的作物品種。 (中國科學報)
免疫力真的越高越好嗎?這些病,“專挑”免疫力好的人……
8歲的小明是父母和老師嘴裡的“好學生”,性格開朗,成績也很好。但美中不足的是——太容易生病了。別的同學一年裡最多感冒兩三次,而他卻幾乎每個月都在咳嗽和發燒。看著越來越瘦弱的小明,父母也陷入了焦慮之中……一般而言,超過6歲的兒童,每年平均感冒2至4次[1]。而小明的這個“感冒頻率”,說明他可能免疫力還是有點弱。而張阿姨,卻更是“有苦說不出”。自從過了50歲,她似乎一直在生病。去年竟然得了兩次肺炎:一次細菌感染,一次支原體感染。有的人得肺炎,口服一段時間藥可能就痊癒了。而張阿姨每次都很嚴重——需要住院、輸液治療,用上多種抗生素,超過兩周才能好。張阿姨的這個情況,或許也是免疫力低下的一種表現。免疫力,究竟是個什麼東西?你的免疫力,真得需要提高嗎?我們常說的“免疫力”,或者“抵抗力”,一般指的是身體對外來病原體的防禦能力。它是由身體的“免疫系統”來產生和維持的。免疫系統是一套完備的“防禦系統”:●有“軍事機構”(免疫器官),●有各種“部隊”(免疫細胞),●有“武器”(免疫分子),●還有“邊防軍”(皮膚、黏膜)……它們的主要職責,就是抵禦感染、監測和殺死“壞細胞”等,守護人體健康。免疫力也分先天免疫和後天免疫。先天免疫是我們出生時就有的、“媽媽給的”免疫力,它能快速對“入侵”的各種病原體進行反應。但它一般不具備記憶功能,只能“無差異”防禦,所以也叫“非特異性免疫”。而後天免疫,是我們通過自然感染、接種疫苗等方式後天獲得的。它可以記住曾經遇到過的病原體的模樣。當下次再遇到時,就能更快地做出反應。不少人認為,既然免疫力是健康的“守護神”,那麼當然是越高越好!真的是這樣嗎?事實上,雖然免疫力對我們的健康至關重要,但並不是“越高越好”。免疫力“正常”,確實不容易生病;即便生病,也很容易恢復。但免疫力“太高”或“太低”,都會導致疾病!免疫力過高,就相當於身體的“小士兵”們過於警覺了。這會導致免疫系統過度反應,攻擊自身的正常、健康的細胞,導致“自身免疫疾病”。簡而言之就是——不分青紅皂白,壞人也抓,好人也抓!常見的自身免疫疾病,還有風濕性關節炎、乾燥綜合徵、皮肌炎、多發性硬化病等。相對來說,女性的患病風險較男性更高。免疫力太高,還會導致另一個常見問題——容易過敏。免疫細胞會對我們接觸到的很多外界物質(比如花粉、毛髮等)發起攻擊。雖然不會導致感染性的疾病,但會帶來各種令人頭疼的“過敏反應”——眼圈紅紅,眼淚汪汪,咳嗽陣陣,噴嚏連連……說的是不是你?免疫力變弱,就是指那些勤奮幹活的“小士兵們”,居然開始擺爛了!這就導致——蠢蠢欲動的“壞人”,沒人監視;正在作案的“壞人”,也沒人驅趕。那麼,怎麼知道自己的免疫力下降了呢?如果你發現自己:1. 頻繁生病、反覆感染:比如感冒、咳嗽、腹瀉、尿路感染等次數明顯增多;2. 感染後,症狀比較嚴重,且不易治癒:往往需要長時間住院治療;3. 身上的傷口,癒合速度慢,容易發炎、潰爛。可能提示免疫力較弱,甚至存在免疫缺陷疾病[2]。所以,我們要做的,不是盲目地一味提高免疫力,而是要維持“正常”的免疫力。而影響免疫力最著名的三大“殺手”,就是——熬夜!壞情緒!營養不良!如何維持正常的、健康的免疫力呢?我們要做到如下四點:第一,“睡得夠”。要保持良好的免疫力,良好的生活習慣和作息時間十分關鍵。根據美國睡眠協會的資料,成年人每天需要7至9小時的睡眠,而兒童和青少年則需要更多[3]。《健康中國行動(2019-2030年)》中也指出,長期睡眠不足,會加大患心腦血管疾病、抑鬱症、糖尿病和肥胖的風險,損害認知功能、記憶力和免疫系統![4]第二,“吃得好”。維生素A、B、C、D、E,和鋅、硒等多種礦物質,都有益於免疫力。《中國居民膳食指南(2022)》中指出[5]:1. 要保證食物的多樣性,多吃蔬果、奶類、大豆;2. 適量地吃魚、禽、蛋、瘦肉;3. 少鹽、少油、控糖、限酒。第三,“經常動”。運動可以提高免疫系統功能,減少疾病風險。不過,也並非“強度越大,效果越好”。長時間、高強度的運動不僅可能受傷,也會加重心肺、骨骼、肌肉和關節的負荷。世界衛生組織建議,對於18至64歲的成年人,每周進行3至5次、每次60分鐘左右的“中等強度”的有氧身體活動就好[6]。而這個“中等強度”,是指:你做運動的時候,可以正常說話,但不能唱歌(可以試試)。第四,“經常笑”。如果一個人一直存在抑鬱、焦慮、悲傷等多種負面情緒,或者長期處於壓力狀態和心理應激,免疫力會下降,並形成疾病的生理基礎。開心的人不容易生病,是真的!最後,接種疫苗,可以獲得針對不同病原體的免疫力,相當於讓一支一支“特種部隊”來保護自己,也十分重要!讓我們從今天開始,關愛自己的免疫力,讓它成為我們健康的保護神! (騰訊醫典)
10萬人撤離!美國華盛頓州:進入緊急狀態
受“大氣河”現象影響,美國西北部近期持續遭遇強降雨,並在華盛頓州等地引發洪水,數萬人被緊急疏散。華盛頓州政府已宣佈進入緊急狀態。“大氣河”是存在於低層大氣中、由強風推進的濃縮水蒸氣輸送帶,長可綿延數千公里。受“大氣河”現象影響,連日來,持續的強降雨在美國西北部多地引發洪水。其中,華盛頓州受災最為嚴重。11日的航拍畫面顯示,在杜瓦爾市,救援人員正在緊張地協助受困居民撤離。自洪災發生以來,救援人員已在當地執行了數十次水上救援行動,部分受困居民被從屋頂或車輛中救出。在華盛頓州西部和中部地區,洪水造成了大面積破壞。一些社區或街道被水淹沒。此外,斯卡吉特河、斯諾夸爾米河等至少4條河流水位暴漲,數十條公路關閉,部分橋樑和鐵路路段被沖毀或淹沒。目前,全州已有約10萬名居民被要求緊急撤離,約3800人需要臨時安置。美國華盛頓州災民:可能還需要好幾天等洪水退去,然後還得看房子是否安全,我們才能回家。所以在這段時間裡,我們需要找個地方住。儘管部分地區的洪水自12日開始已逐漸退去,但華盛頓州政府警告稱,多條河流的水位在未來幾天裡仍將保持在較高水平,且決堤風險依然存在。天氣預報顯示,從14日起華盛頓州多地預計將出現降雨,這可能會給災後恢復工作增加不小難度。目前,多個重災區的救援與損失評估工作還在進行中。 (央視財經)