黄继荣课题组受国际科学知识在线传播平台Atlas of Science的邀请撰写磁生物学研究科普文章
发布人:网站管理员  发布时间:2022-11-17   浏览次数:10

 

近日,我院黄继荣课题组应Atlas of Science的邀请发表题为“The root is an ideal system to study magnetobiology in plants” 的科普文章(https://atlasofscience.org/the-root-is-an-ideal-system-to-study-magnetobiology-in-plants/)。Atlas of Science是由瑞典科学家发起成立的科技前沿进展分享平台,旨在促进科学研究成果的传播。该平台发表的科普文章均基于通过同行评审的论文,为公众提供通俗严谨的前沿科学知识。

地球磁场诞生于距今37亿年前,比地球上最早出现的生命还要早2亿年。地磁场具有抵挡来自宇宙空间的高能粒子、以及维持地球上的水土能力,为地球生命的起源与发展提供了保障。生物在漫长的进化中获得了感知与利用地磁场的能力,如候鸟的迁徙、细菌的趋磁运动。大量的研究结果表面:生物不仅利用磁场在定位导航等过程中发挥重要作用,而且很多生物学过程也受到磁场的影响。

 磁生物学研究中最为重要但也最难解答的一个问题是:生命体如何感知磁场?目前较为接受的两个模型是:基础磁铁矿的磁铁颗粒模型与基于隐花色素的自由基对模型。磁铁颗粒模型认为部分生物通过合成磁颗粒即磁小体直接感知外界磁场;而在自由基对模型中,隐花色素被蓝光激活后形成自由基对,包括单线态和三线态。由于单线态自由基对与三线态自由基对具有不同的生物学效应,而外界磁场能促进单线态向三线态转换,从而改变一系列的生理生化过程。


 

图1 静磁场通过上调根尖生长素浓度促进拟南芥主根生长


本课题组曾在2019年发表题为“Static magnetic field regulates Arabidopsis root growth via auxin signaling”(https://www.nature.com/articles/s41598-019-50970-y)的研究论文。文章发现静磁场通过下调生长素外排载体PIN3和上调内流载体AUX1诱导根尖干细胞区域生长素积累,促进主根生长。并且,静磁场促进主根生长的作用是由隐花色素介导的,这为真核生物磁感知自由基对模型增加了新的证据。

植物根系生长受到多种环境因素的共同调控,根对光、水分、营养、机械阻力等信号具有高度敏感性。根通过整合环境信号,调整自身生长,从而获得最佳的生长环境。我们的研究表明:磁场也可以作为一种环境因子调控植物主根的生长。这确定了静磁场在植物中的生物学效应,为未来磁生物学效应机制的研究提供了一个理想模型。

 图2 静磁场与多种环境因素共同调控拟南芥主根生长