自由形成的细胞器有助于植物适应气候变化

植物感知光和温度的能力，以及适应气候变化的能力，取决于其细胞中自由形成的结构，直到现在，这些结构的功能还是个谜

加州大学河滨分校的研究人员首次确定了这些结构在分子水平上是如何工作的，以及它们在哪里和如何形成。这一信息在两篇新的《自然通讯》论文中进行了描述

科学家们长期以来一直在研究植物细胞中的膜结合区室，称为细胞器，如高尔基体、线粒体，最重要的是细胞核，DNA在细胞核中被复制和转录成RNA。

然而，人们对细胞核内能够动态组装和分解的无膜细胞器知之甚少，例如有助于感知植物中光和温度的光体

“有一段时间，人们把这些照片体称为‘垃圾桶’，因为他们不理解它们。当人们不理解某件事时，他们称之为无用。但它们一点也不无用，”这两篇论文的资深作者、加州大学学院植物学教授孟晨说。“它们是科学的一个新前沿。”

研究光体或无膜细胞器的部分挑战是分子不断进出。这使得很难区分细胞器内部成分与外部成分的功能。此外，这些光体只在光中形成

陈花了20年的时间研究这个问题，然后他的实验室发现了一种方法，帮助解开细胞器功能的奥秘

过去，他会去除实验室植物中的一个基因，并试图观察光体和植物的光照或温度反应的任何变化。这种方法取得了部分成功

他的实验室鉴定出一种基因，使无膜细胞器无法组装。敲除这种基因使植物对光有部分失明。陈说：“我们看到这些细胞器与光感有关，但我们意识到这是一种相关性，而不是因果关系。”

为了了解更多信息，研究人员试图增加细胞器的大小，而不是消除它们。这一策略在其中一篇新论文中得到了详细阐述，证明是成功的。有了更大的细胞器，就有可能看到它的功能

“我们最终看到的是，无膜细胞器帮助植物区分一系列不同的光照强度。没有它们，植物就无法‘看到’光照强度的变化，”陈说

在《自然通讯》的第二篇论文中描述的一组相关实验中，研究人员测试了这些细胞器与温度之间的关系。此前，该小组已经表明，如果温度升高，这些细胞器的数量就会减少

该小组理论认为，温度敏感性是细胞器在细胞中形成位置的函数。其他研究人员提出细胞器的形成是随机的，但陈怀疑事实并非如此

陈说：“自然界中没有太多是完全随机的。”。“在机场，人们是在不知名的地方聚在一起，还是通常在候机区和航空公司柜台？任何具有重要功能的东西通常都不是随机的。”。其中一半以上位于着丝粒附近，着丝粒是染色体上含有沉默基因的区域

在16度时，细胞中有9种类型的无膜细胞器。在27度时，这一数字下降到只有五种类型。尽管所有这些细胞器都含有温度传感蛋白光敏色素B，但其中一些细胞器对温度敏感，另一些则不然。

展望未来，研究人员希望表明，通过控制细胞器的形成位置，可以改变植物对光和温度的敏感性。如果人们想在更热、更明亮的世界中继续种植粮食作物，这一点尤为重要

加利福尼亚州种植了全国一半的水果和蔬菜。但科学家估计，如果不减少温室气体排放，到本世纪末，该州的平均气温可能会上升11度，这将严重影响作物生长

陈说：“为了预测和缓解气候变化，我们需要了解植物是如何感知和应对环境的，尤其是温度。”。“温度不仅与生长和大小有关。它与一切有关：开花时间、果实发育、病原体反应和免疫力。”