一千年的植物

植物界中寿命最长的叶子只能在穿越安哥拉南部和纳米比亚北部边界的严酷、极度干旱的沙漠中找到。当然，沙漠并不是最适合生物生长的地方，更不用说绿叶蔬菜了，但纳米布沙漠——世界上最古老的地区，每年降水量不到两英寸——是万寿菊称之为家的地方。在南非荷兰语中，这种植物被命名为“tweeblaarkanniedood”，意思是“两片不会死的叶子”。命名很贴切：万寿菊只长两片叶子——而且是连续生长——在可以持续数千年的一生中。 “大多数植物都会长出一片叶子，仅此而已，”伦敦玛丽皇后大学的植物遗传学家 Andrew Leitch 说。 “这种植物可以存活数千年，而且它永远不会停止生长。当它停止生长时，它就死了。”据信，一些最大的植物已有 3000 多年的历史，自铁器时代开始，腓尼基字母被发明，大卫被加冕为以色列国王以来，两片叶子就一直在稳步生长。根据某些说法，万寿菊没什么可看的。它的两片纤维状叶子受到干燥沙漠风的冲击并被口渴的动物喂食，随着时间的推移变得切碎和卷曲，使万岁兰具有明显的章鱼般的外观。伦敦 Kew Gardens 的一位 19 世纪导演评论道：“毫无疑问，这是有史以来带到这个国家的最美妙的植物，也是最丑陋的植物之一。”但自从它第一次被发现以来，万年青就吸引了包括查尔斯·达尔文和植物学家弗里德里希·韦尔维奇在内的生物学家，这种植物的名字就是以这种名字命名的：据说 1859 年，当万维琪第一次遇到这种植物时，“他只能跪在地上，什么也做不了。燃烧的土壤，凝视着它，半是害怕，唯恐一碰就会证明它是想象中的虚构。”

在本月发表在《自然通讯》上的一项研究中，研究人员报告了万寿菊独特的形状、极长的寿命和极强的复原力背后的一些遗传秘密。未参与这项研究的佐治亚大学植物生物学家 Jim Leebens-Mack 说，它“为我们更好地理解万岁兰如何做它所做的所有疯狂事情奠定了基础。”千岁兰基因组反映了植物的干旱和营养贫乏的环境。它的遗传历史似乎与环境历史相对应。 Fairy 的植物学家陶万说，大约 8600 万年前，在该地区干旱加剧和长期干旱期间，在细胞分裂错误后，整个万寿菊基因组翻了一番——也可能是纳米布沙漠本身的形成。中国深圳的湖泊植物园，该研究的主要作者。他说，“极端压力”通常与此类基因组复制事件有关。该研究的合著者 Leitch 博士补充说，重复的基因也会从其原始功能中释放出来，并可能具有新的功能。然而，万博士说，拥有更多的遗传物质是有代价的。 “生命最基本的活动是DNA复制，所以如果你有一个很大的基因组，维持生命真的很消耗能量，”尤其是在这样恶劣的环境中。更糟糕的是，大量的千岁兰基因组是“垃圾”自我复制的 DNA 序列，称为逆转录转座子。 “现在需要复制、修复这些垃圾，”Leitch 博士说。研究人员在一到两百万年前检测到反转录转座子活动的“爆发”，很可能是因为温度压力增加。但为了抵消这一点，万寿菊基因组经历了广泛的表观遗传变化，通过称为 DNA 甲基化的过程使这些垃圾 DNA 沉默。

万博士说，这个过程连同其他选择力，大大减少了万寿菊 DNA 复制文库的大小和能量维护成本，使其成为“一个非常有效、低成本的基因组”。植物的平均叶子是从植物的顶端或茎和树枝的尖端长出来的。但万岁兰的原始生长尖端死亡，叶子从植物解剖结构的一个脆弱区域倒出，称为基底分生组织，为正在生长的植物提供新鲜细胞，万博士说。与该区域的有效代谢、细胞生长和压力恢复有关的一些基因的大量拷贝或活性增加可能有助于它在极端环境压力下继续生长。在一个变暖的世界中，万寿菊所提供的遗传经验可能有助于人类培育出更耐寒、不那么渴的作物。 “当我们看到这种植物能够在这种环境中存活这么长时间并保存其 DNA 和蛋白质时，我真的觉得我们可以找到关于如何改善农业的提示，”Leebens-Mack 博士说。该研究还强调了好奇心驱动研究的重要性。当你遇到沙漠中长出的两片叶子时，你可以不顾一切地跪在燃烧的土壤中仔细观察。 “从奇怪的事情中，你会发现一些奇怪的事情，这些事情可以帮助你理解你不知道你不理解的事情，”Leitch 博士说。