瑞士洛桑大學校園內這棵高達聳立、樹齡234年的“拿破崙”橡樹，經歷了氣象和政治上的風風雨雨。當拿破崙的軍隊在1800年經過該鎮時，這棵樹還很年輕，如今已成長為雄偉的城市地標。然而，經歷這一切，它的基因組在很大程度上——且令人驚訝地——保持不變。
該大學的研究人員在對這棵樹不同分支的基因組進行測序後，發現了這種出乎意料的穩定性。他們的研究——於6月13日以bioRxiv預印本的形式釋出，尚未經過同行評審——與越來越多的證據相吻合，表明植物能夠保護其幹細胞免受突變。這種機制可能對於在植物長達數百年的壽命中維持其健康至關重要。
瑞士伯爾尼大學的發育生物學家克里斯·庫勒邁爾說：“如果你只是不斷積累越來越多的突變，你最終會因突變崩潰而死亡。”
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每次細胞分裂時，都可能因為複製基因組時出現的錯誤而產生突變。動物透過在發育早期隔離生殖細胞來保護它們免受這些突變的影響。這些細胞，稱為種系，然後遵循不同的發育路徑，並且通常具有較低的細胞分裂率。
但是植物沒有專門的種系：產生花朵生殖部分的幹細胞簇也產生植物的莖和葉。因此，科學家們認為，幹細胞會積累許多突變，並且長壽樹木頂端較新的樹枝會與底部的樹枝截然不同。
枝繁葉茂
植物生物學家菲利普·雷蒙德和他在洛桑大學的團隊決定使用該大學珍視的橡樹來檢驗這一假設。他們對來自較低、較老樹枝和較高、較年輕樹枝上的葉子進行了基因組測序，並統計了他們在樹木 DNA 中發現的單字母變化的數量。（雷蒙德拒絕接受《自然》雜誌的採訪，因為該論文目前正在一家科學期刊上接受評審。）
該團隊發現，突變的數量遠低於根據較低樹枝和較高樹枝之間發生的細胞分裂次數計算出的預期值。
加拿大蒙特利爾麥吉爾大學的植物進化生物學家丹尼爾·舍恩說：“這是一項誘人的研究。它觸及了植物生物學家們一直以來都在思考的某個問題。”
捷克共和國布林諾中歐技術研究所的植物遺傳學家卡雷爾·日哈告誡說，現在斷言這種現象在植物中有多普遍還為時過早。研究人員也只觀察了一種遺傳變化——序列的單字母變化——而沒有評估其他型別的突變，例如 DNA 缺失。
南達科他州立大學布魯金斯分校的植物進化生物學家毛倫·翁指出，該團隊使用了嚴格的過濾器來消除測序資料中的背景噪音，並可能因此無意中遺漏了一些突變。
播下種子
這可能意味著一些突變被排除在分析之外。但日哈和翁很快指出，結果與去年發表的兩項研究結果一致。在第一項研究中，由庫勒邁爾領導，研究人員追蹤了植物生長區域（稱為分生組織）中單個幹細胞的分裂。他們發現，在番茄和擬南芥中，分生組織包含一組三到四個細胞，這些細胞被隔離出來，分裂頻率遠低於該區域的其他細胞。另一項由日哈領導的研究也發現，擬南芥的新舊葉片之間幾乎沒有突變。
對於庫勒邁爾來說，這些結果為困擾他20年前俄勒岡之旅以來的一個問題提供了答案。當他仰望一棵高聳入雲、樹齡400年的花旗松時，庫勒邁爾想知道樹頂的樹枝與底部的樹枝有何不同。“我一直認為一棵樹不是一個單一的有機體，而是一個擁有不同基因組的有機體集合——更像是一個菌落，”他說。許多生態學家也有同樣的看法，但現在他開始質疑自己早期的想法。
舍恩說，更清晰的植物發育圖景可以幫助育種者，因為他們越來越關注長壽的多年生植物。“如果隨著植物年齡的增長，突變積累可能會影響活力，我們就會想了解它，”他說。“我們需要更多這類資訊。”
本文經許可轉載，最初於2017年6月19日釋出。