一些植物可通核内复制再生

当一些草本植物被食草动物用力咀嚼时（或在实验室被科学家损伤时），它们会发生超越补偿，产生更多的植物物质，繁殖力变得比平时更强。最近有科学家称，他们已经知道这些植物是如何完成这一再生壮举的。相关研究结果发表在最近的《分子生态学》杂志（Molecular Ecology）。

　　

生物通报道：当一些草本植物被食草动物用力咀嚼时（或在实验室被科学家损伤时），它们会发生超越补偿（overcompensate，意指植物遭受伤害后会有一种积极反应），产生更多的植物物质，繁殖力变得比平时更强。最近有科学家称，他们已经知道这些植物是如何完成这一再生壮举的。相关研究结果发表在最近的《分子生态学》杂志（Molecular Ecology）。

他们的研究首次表明，植物被砍断后会出现戏剧性的反弹，这种能力依赖于一个称为基因组复制（genome duplication）的过程，在这个过程中，单个细胞复制其基因内容的多个拷贝，而不发生有丝分裂。

基因组复制对科学家来说并不陌生；研究人员对这个现象已经了解了几十年。但是伊利诺伊大学动物生物学教授Ken Paige称，很少有人思考这个现象背后的目的，他与博士后研究人员Daniel Scholes共同开展了这项研究。

Paige说：“大多数草本植物——90%，可复制它们的基因组。我们想知道，这个过程是为了什么。”

在2011年的一项研究中，Paige和Scholes证明，基因组复制泛滥的植物，在被伤害后也反弹的更猛烈。研究人员怀疑，基因组复制可能给植物提供克服逆境所需要的刺激。

那项研究和这项新研究都集中于研究拟南芥——一种十字花科植物，常被用于实验室模式植物。一些拟南芥植物能够复制其基因组，而其他一些则不能。这些植物可以在单个细胞中积累几十份染色体拷贝。

在这项新研究中，Scholes将能够基因组复制的拟南芥植物，与缺乏这种能力的拟南芥植物进行杂交。Scholes说，如果DNA复制和再生之间的关系纯属偶然，那么两者之间的关联应该在其后代中消失。

他说：“但是这种关系仍然存在于后代中。这是第一手证据，证明这两个特征似乎是彼此相互影响的。”

为了进一步检验这一假设，Scholes实验性地增强了拟南芥植物复制其基因组的能力。他选择了一个缺乏这种能力的株系，而且这个株系在被啃食后也经历了生育率的大幅降低。

研究人员报道称，正如预期的那样，经过改造后，植物在被破坏后能够大力反弹。Scholes说：“我们能够完全减轻损伤的其他有害影响。损伤和未损伤植物的生育率之间没有差异。”

Scholes说，基因组复制使细胞增大，提供了更多的个体基因拷贝，有可能增加关键蛋白质和其他驱动细胞生长的分子的生产。他说，进一步的研究将检验这些想法。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Plasticity in ploidy underlies plant fitness compensation to herbivore damage
Abstract：How plants mitigate damage by animal herbivores is a fundamental ecological and evolutionary question of plant–animal interactions. Some plants can increase their fitness when damaged in a phenomenon termed ‘overcompensation’. Despite overcompensation being observed in a variety of plant species, its mechanistic basis remains elusive. Recent research has shown that the Arabidopsis thaliana genotype Columbia-4 employs endoreduplication, the replication of the genome without mitosis, following damage and that it overcompensates for seed yield. The related genotype Landsberg erecta, in contrast, does not increase its endoreduplication following damage and suffers reduced seed yield. While these results suggest that a plant's ability to plastically increase its ploidy during regrowth may promote its mitigation of damage, no studies have explicitly linked the endoreduplication genetic pathway to the regrowth and fitness of damaged plants. By comparing fitness and ploidy between undamaged and damaged plants of Columbia-4, Landsberg erecta and their offspring, we provide evidence that endoreduplication is directly involved in compensatory performance. We then overexpressed an endoreduplication regulator and compared this mutant's endoreduplication and compensation with its background genotype Columbia-0, an undercompensator. Enhancing Columbia-0's ability to endoreduplicate during regrowth led to the complete mitigation of the otherwise detrimental effects of damage on its fitness. These results suggest that the ability of these plants to increase their ploidy via endoreduplication directly impacts their abilities to compensate for damage, providing a novel mechanism by which some plants can mitigate or even benefit from apical damage with potential across the wide range of plant taxa that endoreduplicate.