發現植物生命周期的控制開關 定向改造可「掌控」植物壽命

僅需改變三個基因便可實作十字花科植物一年生與多年生生活習性的互相轉換

（圖片來源：參考文獻1）

什麽是多年生作物

根據完成一次生命周期所需要的時間，可以將植物簡單劃分為一年生、二年生和多年生。一年生植物在開花後會消耗大量能量用於產生種子，直至整株幹枯死亡。

而大部份多年生植物在開花以後會有節制地消耗能量，進而能夠保留部份能量和新芽，隨後進入營養生長狀態（即長出新葉並茁壯發育），年年如此，在開花與營養生長的迴圈中實作長壽。

從「一歲一枯榮」的小草到枝繁葉茂的大樹，植物具有多樣生活習性的事實人盡皆知，但是真正決定植物壽命的「開關」是什麽，卻不是十分清楚。

從套用的角度考慮，多年生作物是傳統一年生作物的有效補充，具有「一次播種，多次收獲」的特點，避免了反復耕作，不僅可以節約人力和機械成本，還可以保護土壤結構。

此外多年生作物發達的根系能保證高的水肥利用，減少土壤流失，並將大氣中的碳固定在土層中，是中國推動農業可持續發展和應對未來氣候變遷的重要戰略儲備。

從何尋來的多年生型基因？

如何尋找決定植物多年生的基因呢？有一個邏輯簡單的研究策略，先找到一對可雜交的一年生與多年生植物組合，根據遺傳學常識推測，它們的子代既會有一年生也會有多年生，透過對子代進行基因型和表型關聯分析，就能夠找到決定植物多年生的基因。上述研究策略聽起來十分簡單，然而全世界其他實驗室卻鮮有嘗試。究其原因，首先是技術限制，近十年來基因組測序技術和基因編輯技術飛速發展，讓越來越多的植物能被用於分子遺傳研究，這在以前是難以實作的。

更重要的原因是實際操作難度大、需要大量的勞動投入。一年生與多年生植物，在分類上往往同屬不同種，存在生殖隔離。跨越物種的遠緣雜交，能產生正常可育後代的概率極低，要想成功只能多做嘗試。

為此，早在十年以前王佳偉老師團隊就開始了對十字花科材料的收集，共涵蓋了須彌芥屬、糖芥屬、碎米薺屬、南芥屬等數百份植物材料。

團隊對收集來的植物首先進行生活習性（一年生還是多年生）考察，再評估基因組大小，結合形態特征和分子標記評估親緣關系，初步篩選有可能成功的「一年生多年生」植物組合。

隨後便是漫長的嘗試，終於得到了兩對可產生後代的雜交組合，分別是須彌芥屬的喜馬拉雅須彌芥（ Crucihimalaya himalaica ）和卵葉須彌芥（ Crucihimalaya wallichii ）；糖芥屬的內華達糖芥（ Erysimum nevadense ）和小花糖芥（ Erysimum cheiranthoides ）。

多年生植物生活周期長，往往是今天種下的苗子，明年才能拿到實驗結果。在這期間，植物可能會因幹旱、長害蟲等因素產生脅迫，進而影響實驗數據，所以需要得到持續精心的照顧，因為從嚴謹的角度考慮，研究人員不希望植物因為幹旱、長害蟲等因素產生脅迫，進而影響實驗數據。這也意味著研究人員要放棄休長假的機會，植物不會因為人的假期而停止自己的生長。

多年生植物尤其是喜馬拉雅須彌芥，原生環境位於青藏高原，需要經歷長達五個月的低溫處理（模擬冬季環境）才能夠開花。在人工模擬冬季的低溫冷庫中，衰老的葉片很容易發黴腐爛，需要定期清理。

為了不讓植物受到溫度波動的影響，這些操作往往是在冷庫內進行的，夏季穿著短袖短褲的科研人員在門外套件羽絨服就進入冷庫工作。