新发现的植物生物钟基因

自从美国生物研究人员为植物幼株植入荧光素酶基因，创造出多种夜间发光植物以来，他们又利用植物发光特性，追踪考察并鉴别出一种生物钟基因。科学家指出，基因工程技术有望在医疗保健和农业上发挥广泛用途，从而彻底改变传统医学和农业的面貌。

生物学家现已查明，精确的定时基因控制着多种生物节律：从每日枝叶伸展运动到气孔张合，从盛花期长短到光合作用周期，都与它保持密切的联系。这一重大发现，还将导致装饰园艺学、农业乃至人体健康等一系列应用技术的相继出现和发展。不少研究人员认为，人体的某些疾病，诸如感冒不适和各种沮丧低落情绪的表现，无一不与人体生物钟运行失常有关。

美国布兰戴斯大学行为遗传学家杰弗里·霍尔多年致力果蝇生物钟基因研究，他评论说：“这项研究迟早会出现技术和观念上引人注目的重大突破，并享有无与伦比的发展潜力。过去人们一直以为生物钟不仅神秘莫测而且近乎是天方夜谭，现在这种梦幻即将变为现实。”

经过长期摸索，科学家确认动物和植物均显示出各种周期性生存行为。迹象表明，这些规律性行为并非完全受外界刺激作用的制约，如太阳的升迁运动，而是其自身内部生物钟在外因干扰下诱发的自觉反应。例如黎明前人体体温开始升高，显然有利于准备晨间各项活动。同样，此时某些植物也在纷纷萌动，向空中舒展枝叶争相捕捉东升旭日放射的光子。实验证明，即使人与植物始终处于黑暗之中，这些周期活动依然如故照常进行。

植物表现出恪守季节变化的生长规律一直是不解之谜，不知叫多少人玩味不衰，驻足求索。18世纪瑞典博物学家卡罗勒斯·林尼厄斯曾培植过以各种花卉组成的“生物钟花园”，花坛中名贵花卉在白天不同时间竞相开放，顿时展现争奇斗艳异彩纷呈的美妙景象，他常年终日坚持记录绽花时间，从而掌握了花卉的生物节律。英国著名博物学家查尔斯·达尔文也创意制作过一座生物钟，他利用豆科植物叶柄每天的曲张和升降运动驱动钟摆，引起众人极大的兴趣和青睐。

近年来随着观测和分析仪器的改善，使分子生物学研究不断深化，成绩斐然。科学家已在果蝇、面包霉和细菌中，发现了数种控制生物节律的特殊基因。这些基因都具有促使微生物在白天特定时间突如其来大量繁殖的特点，通过反复观测微生物的周期繁殖活动，生物学家觉察了基因的奇妙功能，还可以用PCR手段提取和复制这类基因。然而在植物中搜寻这类基因实在艰难，因为植物日常大多数基本节律如光合作用的启动和终止是难以觉察的。

史蒂夫·A·凯伊和安德鲁·J·米勒为首的科研小组合作，采用一种新奇的方法揭示了其中的内幕。他们独辟蹊径首先提取荧光素酶基因，然后将扩增的基因移植到拟南芥属植物（一种十字花科芥菜）幼株中。随后每当生物钟摆触及光合作用基因，幼株就会熠熠生辉。

不久前，研究人员发现，基因改造后植物的发光周期与人们预料的24小时周期不相吻合，这表明植入的异种生物钟基因改变了生物节律。基因导入显示，有些转基因植物生物钟走时加快，形成每21小时的常规发光周期，而另一些转基因植物生物钟运转变慢，形成每28小时的常规发光周期。

后经突变体植物与正常植物基因特征分析比较，凯伊研究小组探明拟南芥植物细胞中均含5条染色体，生物钟基因存在于第五条染色体上。

达特茅斯医学院遗传学家杰伊·邓洛普近年专门从事面包霉生物钟研究，他展望说：“生物钟基因的发现，令人鼓舞，前景诱人，这确实是在较高等植物中对生物钟分子结构研究取得的首项重大突破。鉴于生物钟摆在动植物中呈现相似特征，这项研究成果正激励许多生物学家开拓新的研究领域。”

凯伊认为，他们的成果有助于人们采用新颖方法开发基因工程新品种，在农业上定时发挥生物钟作用意义非同凡响。他强调说：“在荷兰，农业生物技术正在推广普及，例如用红色灯光照射郁金香以促使生物钟启动，加速花朵开放。由于地域狭小人口众多，那里的农业工人还千方百计地利用生物钟技术控制农作物成熟过程以利增产丰收。如果我们也能够借鉴和应用有益的遗传工程技术，那么未来的花园和农业将发生翻天覆地的变化。”凯伊明确指出，由于植物生物钟适时调节气孔张合，我们的研究将有助于开发各种抗旱农作物。这对于当今世界各国普遍面临的水源危机的缓解，无疑具有深远意义。

科学家推测生物钟研究最终会在医学上产生相关影响。霍尔指出：“实践证明工作人员生物钟失常，会诱发各种生理和心理障碍如缺乏安全感，工作效率低劣以及精神恍惚萎靡不振。反之人体生物钟与人们的日常活动和谐同步，工作人员就显得精力充沛，并有可能省出20%的人员从事其他工作。我们对生物钟运作机理认识得越深刻，就能对上述问题施加积极影响，就能更充分地发挥人类的潜能。”