開啟主選單

求真百科

擬南芥
草叢中的擬南芥 原圖鏈接來自呢圖網圖片

中文學名:擬南芥

拉丁學名:Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

別 稱:鼠耳芥

二名法:Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

界:植物界

門:被子植物門

綱:雙子葉植物綱

亞 綱:五椏果亞綱

目:山柑目

科:十字花科

族:南芥族

屬:擬南芥屬

種:擬南芥

分布區域:全球除少量地區外均廣泛分布

擬南芥 (Arabidopsis thaliana)又名鼠耳芥,阿拉伯芥,阿拉伯草。屬被子植物門,雙子葉植物綱,十字花科植物,其基因組大約為12500萬鹼基對和5對染色體,是目前已知植物基因組中最小的。是一種應用廣泛的的模式生物。同時被廣泛地應用於植物遺傳學、細胞生物學、分子生物學,以及群體進化學等方面的研究中。

目錄

形態特徵

一年生細弱草本,高20-35厘米,被單毛與分枝毛。莖不分枝或自中上部分枝,下部有時為淡紫白色,莖上常有縱槽,上部無毛,下部被單毛,偶雜有2叉毛。基生葉蓮座狀,倒卵形或匙形,長1-5厘米,寬3-15毫米,頂端鈍圓或略急尖,基部漸窄成柄,邊緣有少數不明顯的齒,兩面均有2-3叉毛;莖生葉無柄,披針形,條形、長圓形或橢形,長5-15 (-50) 毫米,寬1-2 (-10) 毫米。花序為疏鬆的總狀花序,結果時可伸長達20厘米;萼片長圓卵形,長約1.5毫米,頂端鈍、外輪的基部成囊狀,外面無毛或有少數單毛;花瓣白色,長圓條形,長2-3毫米,先端鈍圓,基部線形。角果長10-14毫米,寬不到1毫米,果瓣兩端鈍或鈍圓,有1中脈與稀疏的網狀脈,多為桔黃色或淡紫色;果梗伸展,長3-6毫米。種子每室1行,種子卵形、小、紅褐色。花期4-6月。

產地分布

中國內蒙新疆陝西、甘肅、西藏、山東、江蘇、安徽、湖北、四川、雲南等省區均有發現。

奮鬥史

寒門子弟(1905-1943)

擬南芥被用於科學研究,還得從德國植物學家Friedrich Laibach說起。1905年,Laibach正在攻讀博士學位,他的研究課題是觀察和分析植物的染色體數目。於是,Laibach就從實驗室所在地波恩(Bonn),以及他的家鄉林堡(Limburg)收集了一些植物樣本進行研究,其中就包括擬南芥。可能由於擬南芥真的是太不起眼了,當時的植物分類學家還沒對它們進行系統的研究和分類,於是Laibach就自創了一種方法,以採集地對其命名。由於當時的擬南芥樣品是從他的家鄉林堡(Limburg)採集的,因此第一種被用於科學研究的擬南芥生態型就被命名為Limburg。

Laibach發現,擬南芥只有5對染色體,是當時已知的染色體數目最少的一種植物。他的研究成果於1907年發表,可是當時並沒有引起人們的關注。不過,從此以後,Laibach卻對這種名不見經傳的小草產生了濃厚的興趣。博士畢業後,Laibach在法蘭克福大學找到了職位。在1930年到1950年之間,Laibach和他的同事從世界各地收集了150多種擬南芥生態型,並將種子仔細分類和妥善保存。這些收集來的種子奠定了後來AIS(Arabidopsis Information Service)種子庫的基礎,並在此基礎上發展出了鼎鼎大名的擬南芥種質資源庫ABRC(Arabidopsis Biological Resource Center)。

出師不利(1943-1957)

Laibach將他對擬南芥的研究成果整理成學術文章"Arabidopsis Thaliana (L.) Heynh. als Objekt für genetische und entwicklungsphysiologische Untersuchungen「(原文為德文,翻譯成英文是」Arabidopsis Thaliana (L.) Heynh. an object for genetic, developmental and physiological analyses"),並於1943年發表。在文章中,Laibach指出了擬南芥用於科學研究的優勢:容易種植,基因組小,生活周期短,種子數量多,可以雜交和誘變,並首次提議將擬南芥作為模式植物。可是,當時的學術界對此視而不見。擬南芥最終被確立為模式植物,還需耐心等上40多年。

不過,Laibach的研究成果,卻吸引了一位匈牙利科研人員Gy?rgy P. Rédei的關注。當時Rédei正在讀博士,研究番茄和小麥。看到Laibach的論文後,他馬上意識到擬南芥是進行遺傳學研究的理想材料。在導師的幫助下,Rédei從Laibach那兒要來了一些擬南芥種子,並以此為材料開展了新的研究。Rédei收到了四種擬南芥生態型:Graz,Limburg,Estland和Landsberg。博士畢業後,Rédei到美國密蘇里大學哥倫比亞分校成立自己的實驗室,這四種擬南芥也跟着他漂洋過海來到了美洲大陸。

Rédei對四種擬南芥生態型進行觀察後發現,Estland的表型和描述不符, Graz晚花,只有Landsberg的表型和描述相符,並且生長健壯開花正常,於是選定Landsberg進行後續的研究(Limburg下落不明,可能被大灰狼叼走了O(∩_∩)O哈哈~)。不過,由於當時的學術界對擬南芥研究還不認可,Rédei很難申請到資助,基金申請頻頻被拒。其中,最着名的是美國國家科學基金會的回絕理由:「遺傳學小組認為擬南芥並不適合作為遺傳學研究的模式生物,因為只有原核生物才是打開遺傳學大門的鑰匙」。後來的事實證明,美國國家科學基金會的臉被打的腫成了豬頭。

實際上,在此之後的20年,Rédei一直都是全美國唯一一位研究擬南芥的科學家。Rédei曾經的同事Doug Randall教授曾經說過:「George(Rédei的英文名)整整領先了時代20-30年」。其實,領先於時代的認知對科學家來說可能並不是好事兒,因為他們不但申請不到資助,得不到同行的認可,可能還會受到其他人的嘲諷、批判、排擠,甚至惡意打壓,比如遺傳學之父孟德爾,轉座子的發現者芭芭拉·麥克林托克。不過,浮華過後塵埃落定,這些偉大的先驅,他們的名字,必將在歷史上永垂不朽!

臥薪嘗膽(1957-1965)

1957年,Rédei使用X射線對Landsberg種子進行誘變,篩選感興趣的突變體。他們篩選到的第一個突變體是erecta,它雖然長得矮小一些但是很健壯。Rédei認為,erecta特殊的表型可能利於後續的研究,並在一篇文章中將erecta發表。

在突變體篩選的過程中Rédei發現,Landsberg並不是純合的,它可能是多個株系的混合物。於是,Rédei在未經X射線處理的Landsberg群體中挑選了一株,建立了一個新的純合株系,用於後續的研究。遵從Laibachs根據發現地命名的規則,Rédei將這個新的株系命名為Columbia。

1959年,荷蘭羅寧根大學的植物生物學家Willem Feenstra到Rédei實驗室訪問,帶走了一些Landsberg erecta種子,用於自己的研究。從此以後,Landsberg erecta在歐洲各實驗室開花結果,成了歐洲擬南芥研究的主流株系;而Rédei則繼續專注於研究Columbia。

水滴石穿(1965-1985)

在接下來的20多年,人們對擬南芥的興趣逐漸增加,相關的研究也越來越多。到20世紀60年代,為了促進擬南芥研究者的合作交流,AIS(Arabidopsis Information Service)成立,每年對擬南芥的最新研究進展進行總結,並交流研究中遇到的問題。1965年,第一屆國際擬南芥大會在德國的哥廷根舉行,吸引了來自世界各地的25位科研人員參會。值得一提的是,AIS後來發展成了着名的TAIR(The Arabidopsis Information Resource )數據庫。

看到了大家對擬南芥的興趣越來越高,Rédei的內心又起了波瀾。他決定重申Laibachs1943年的提議,於1975年發表了一篇題為「Arabidopsis as a genetic tool」的文章,重複了Laibachs早在30多年前就指出的擬南芥適於遺傳學研究的優勢,並再一次呼籲以擬南芥為模式植物。不過,仍然石沉大海,杳無音信。

直到20世紀80年代初期,多篇高影響力的擬南芥研究成果相繼發表,確立擬南芥作為模式植物的事才算有了突破。1985年,Meyerowitz EM和Pruitt RE在Science上發表文章「Arabidopsis thaliana and Plant Molecular Genetics」,再次重申Laibach和Rédei 分別於40年前和10年提出的擬南芥用於遺傳學學研究的優勢,並第三次呼籲確立擬南芥作為模式植物。和前兩次不同,本次提議得到了大家的普遍認可。至此,經過了長達40年的隱忍,擬南芥終於作為一種模式生物,正式登上了國際舞台,並開啟了自己輝煌的「學術生涯」。

同室操戈(1985-1996)

在接下來的十幾年,Landsberg erecta是世界各地擬南芥研究的「明星」,正混得風生水起。而Columbia還只是一個「無名小卒」,只在一部分美國實驗室中「苟延殘喘」,也許它做夢都不曾想到,自己竟然有機會成為擬南芥王國中的霸主,自己的子孫後代竟然可以遍布世界的每一個角落。

二十世紀末期,基因組測序技術迅猛發展。1996年,作為一種模式植物,擬南芥被選中進行基因組的測序和注釋,因此需要選出一種生態型為材料。雖然當時Landsberg erecta在全球各大生物實驗室中廣泛使用,但是由於其曾經經過了X射線誘變,含有一些非自然變異位點,並不是最合適的材料。於是,科學家們只能忍痛割愛,以純合的自然生態型Columbia代替。2002年,以生態型Columbia為代表的擬南芥基因組發表。隨後,Columbia又被SALK研究所選中,進行全基因組T-DNA插入突變體庫的構建。這兩項浩大的工程,直接確立並鞏固了Columbia在擬南芥王國中的霸主地位,成為了我們在各大期刊中經常能見到的WT(Wild Type)。而從此往後,曾經的一代「霸主」Landsberg erecta卻逐漸走向沒落,再也沒有機會東山再起。而這一切,都是源於Rédei最初從Laibach收到的Landsberg不是純系。讓我們不禁扼腕嘆息,再一次感嘆世事無常。

功成名就(1996-今)

時至今日,擬南芥已經滲透到了植物生物學研究的方方面面。許多研究領域,都是以擬南芥為研究對象首創的。據不完全統計,截止到2015年,已經有54033篇標題中含有擬南芥的學術論文發表,覆蓋了406個生物學領域,而其他用到擬南芥為實驗材料的文章更是數不勝數了。擬南芥中各種生物學過程的研究,都是最細緻最深入的。當我們要研究某一課題時,最先想到的問題是「擬南芥中是怎樣的」。現在,擬南芥已經成為了植物科學研究的金標準。

回顧擬南芥的「奮鬥史」我們不難發現,科學研究的道路並不是一帆風順的,而是在不斷往復中曲折前進。科學研究歸根到底還是以人為主體的,有人的地方就有江湖,科研中不可避免地會摻雜一些人性的狹隘和陰暗面,這些往往阻礙了科學發展,使我們走了許多彎路。但是,科學前進發展的步伐是無人能阻擋的。真理雖然有時會被烏雲暫時遮蔽,但終會有重見天日光芒萬丈的那一天。

經過長達四十年的忍辱負重,擬南芥這樣一種不起眼的小草,終於走上了國際舞台,成為炙手可熱的「學術明星」,而它也一定還會在科學研究的舞台上繼續發光發熱。作為一把「萬能鑰匙」,擬南芥也必將為我們打開更多通往生命奧秘的大門,帶我們領略神奇而又美妙的生命世界。[1]

擬南芥風姿

參考來源

  1. 擬南芥的奮鬥, 簡書網,