随着季节的轮替，树叶的色泽变换与凋落总能给诗人带来灵感，让孩子们兴高采烈，同时也提醒人们拿出扫把打扫庭院。然而究竟是什么样的遗传学机制使得叶片细胞一个个地消亡，直至树叶一片片落下，科学家们对此一直百思不得其解。如今，尽管依然有一些研究人员怀疑是否真的找到了导致这一切的罪魁祸首，但无论如何，一项新的研究已经大致勾勒出一种杀死叶片的遗传学连锁反应。
通过将拟南芥——十字花科的一种小型开花植物，是研究植物生物学的模式生物——的一个突变种和野生株的老化过程进行比较，韩国浦项科学与技术大学的分子生物学家Hong Gil Nam和他的同事，对叶片细胞每年如何死亡进行了研究。突变种的叶片通常要比野生株的叶片存活时间更长。
Nam的研究小组追踪了突变种和野生株之间的遗传差异，并找到了一个特殊的基因——oresara 1(ORE1)。研究人员发现，ORE1能够形成一种蛋白质，而随着时间的推移，后者含量的增加能够导致叶绿素的减少，以及其他可以造成叶片老化的过程。
研究小组同时发现，在年轻的叶片中，ORE1被小核糖核酸（RNA）——一种能够控制基因表达的小分子——所抑制。一种名为miR164的小RNA则被认为在拟南芥的老化过程中扮演了重要角色，它同时还是随着叶片老化而改变的一个复杂基因链的一部分。随着叶片的老化，一种名为EIN2的基因的活性逐渐增加，而miR1647则受到了抑制。这使得ORE1越来越多，从而加速了叶绿素的损失，并在叶片中触发了其他的老化过程。Nam说，所有这一切“使得老化过程很难避免”。研究小组在2月20日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
这篇论文所得到的赞扬与其所遭受的质疑一样多。加拿大沃特卢大学的分子生物学家John Thompson认为：“新发现的遗传学机制引人注目。”然而美国安阿伯市密歇根大学的植物生理学家Larry Noodén却指出，Nam所追踪的叶片光化效率以及其他因素并不是致命的老化过程。而康奈尔大学的分子生物学家Susheng Gan就表示，研究小组所使用的突变体仅仅表现出了些微的叶片衰老延迟，因此它并不是一个非常理想的研究模型。
不管到底是这一机制还是另有机制控制着叶片的衰老，研究人员都希望在拟南芥中发现的老化过程能够适用于其他植物。除了增加对叶片凋亡的理解外，研究人员的另一个目标便是完善农作物的生产。在某些农作物中，推迟叶片的老化有朝一日将能够带来更多成熟的谷物和果实，增加粮食的产量。Thompson表示：“真正关系到农业生产的是由生病的生物体和环境压力导致的早老和死亡。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Science 20 February 2009: DOI: 10.1126/science.1166386
Trifurcate Feed-Forward Regulation of Age-Dependent Cell Death Involving miR164 in Arabidopsis
Jin Hee Kim,1* Hye Ryun Woo,1* Jeongsik Kim,1 Pyung Ok Lim,2 In Chul Lee,1 Seung Hee Choi,1 Daehee Hwang,3,4 Hong Gil Nam1,4
Aging induces gradual yet massive cell death in higher organisms, including annual plants. Even so, the underlying regulatory mechanisms are barely known, despite the long-standing interest in this topic. Here, we demonstrate that ORE1, which is a NAC (NAM, ATAF, and CUC) transcription factor, positively regulates aging-induced cell death in Arabidopsis leaves. ORE1 expression is up-regulated concurrently with leaf aging by EIN2 but is negatively regulated by miR164. miR164 expression gradually decreases with aging through negative regulation by EIN2, which leads to the elaborate up-regulation of ORE1 expression. However, EIN2 still contributes to aging-induced cell death in the absence of ORE1. The trifurcate feed-forward pathway involving ORE1, miR164, and EIN2 provides a highly robust regulation to ensure that aging induces cell death in Arabidopsis leaves.
1 Division of Molecular Life Sciences, Pohang University of Science and Technology, Hyoja-dong, Pohang, Kyungbuk, 790-784, Republic of Korea.
2 Department of Science Education, Jeju National University, Jeju, 690-756, Republic of Korea.
3 Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology, Hyoja-dong, Pohang, Kyungbuk, 790-784, Republic of Korea.
4 School of Interdisciplinary Biosciences and Bioengineering, Pohang University of Science and Technology, Hyoja-dong, Pohang, Kyungbuk, 790-784, Republic of Korea.
