北京大學(xué)最新Cell：冰箱中的草莓會(huì)啟動(dòng)一套全新“生物鐘”，維持晝夜節(jié)律，抵抗腐爛

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

你是否曾好奇，采摘后放在冰箱里的草莓，它們的生長(zhǎng)已經(jīng)停止，但內(nèi)部的生命活動(dòng)是否完全靜止？

一項(xiàng)發(fā)表于Cell期刊的最新研究揭示了一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)——在低溫冷藏（4°C）條件下，采摘后的草莓果實(shí)中的經(jīng)典“生物鐘”被破壞，但有一個(gè)全新的非經(jīng)典“生物鐘”仍在默默工作，它不僅維持著晝夜節(jié)律，還充當(dāng)著抵抗灰霉病（導(dǎo)致植物腐爛的真菌感染）的“守門人”。

該研究以：Discovery and heterologous reconstitution of a plant noncanonical quasi-circadian gene regulatory network 為題，于 2026 年 5 月 12 日，發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、基因功能研究與操控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心王偉研究員為論文通訊作者，王姝瑜博士為論文第一作者。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 在低溫條件下，許多植物的典型“生物鐘”會(huì)受損；

• 草莓中一種新的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)能夠產(chǎn)生晝夜節(jié)律；

• 在煙草中異源重建草莓的晝夜節(jié)律基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；

• 草莓中的非典型晝夜節(jié)律基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制并促進(jìn)對(duì)灰霉病的防御。

經(jīng)典“生物鐘”在低溫下“失靈”

大多數(shù)生物，包括植物，都擁有一個(gè)內(nèi)在的晝夜節(jié)律系統(tǒng)，即所謂的“生物鐘”。它像一位精準(zhǔn)的指揮家，協(xié)調(diào)著各種生理過程，使其與地球自轉(zhuǎn)所帶來的晝夜變化同步。在植物中，這個(gè)核心生物鐘由一系列轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，例如擬南芥中的 CCA1、LHY 和 TOC1 等。

然而，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，這個(gè)精密的生物鐘系統(tǒng)往往會(huì)出問題。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將采摘后的草莓果實(shí)置于4°C的低溫連續(xù)光照條件下儲(chǔ)存時(shí)，其經(jīng)典生物鐘核心組件（例如 FvLHY 和 FvTOC1）的表達(dá)節(jié)律完全消失，變得雜亂無章。采摘后即使在 20°C 的常溫下，除了 FvTOC1 外，其他大多數(shù)經(jīng)典生物鐘基因也失去了節(jié)律。這意味著，在草莓果實(shí)采摘后，無論是冷藏還是常溫存放，其經(jīng)典生物鐘機(jī)制基本上都“停擺”了。

發(fā)現(xiàn)一個(gè)神秘的“替補(bǔ)”生物鐘

既然經(jīng)典生物鐘不工作了，那么草莓果實(shí)內(nèi)部的新陳代謝是否就陷入一片混沌呢？

令人意外的是，通過 RNA 測(cè)序分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在低溫儲(chǔ)存的草莓中，依然有 275 個(gè)基因保持著清晰的晝夜表達(dá)節(jié)律。這些基因主要與蛋白質(zhì)的合成、折疊和儲(chǔ)存相關(guān)。

更關(guān)鍵的是，在這批有節(jié)律的基因中，他們找到了 9 個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。通過雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)和基因網(wǎng)絡(luò)分析，研究團(tuán)隊(duì)最終鎖定了一個(gè)由 5 個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（FvGRAS、FvMYB109、FvVOZ、FvERF4 和 FvERF105）構(gòu)成的核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)富含負(fù)反饋調(diào)節(jié)，這與經(jīng)典生物鐘網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征相似，但它所使用的“組件”（轉(zhuǎn)錄因子）卻完全不同。研究團(tuán)隊(duì)將其命名為“非經(jīng)典準(zhǔn)晝夜節(jié)律基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)”（noncanonical quasi-circadian gene regulatory network）。

這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)具備生物鐘的關(guān)鍵特征：它的自由運(yùn)行周期接近 24 小時(shí)；具有溫度補(bǔ)償能力（即在不同的溫度下周期保持相對(duì)穩(wěn)定）；能夠被溫度循環(huán)等外界信號(hào)重新設(shè)定和同步。不過，它的節(jié)律持續(xù)性不如經(jīng)典生物鐘長(zhǎng)久，在長(zhǎng)時(shí)間的自由運(yùn)行條件下會(huì)逐漸衰減，因此被定義為“準(zhǔn)”晝夜節(jié)律（quasi-circadian）。

在煙草中“重建”草莓的生物鐘

為了證明這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)本身確實(shí)具有產(chǎn)生晝夜節(jié)律的能力，而非依賴于草莓的其他背景，研究團(tuán)隊(duì)完成了一項(xiàng)開創(chuàng)性的工作——在異源植物煙草中，成功重建了這個(gè)完整的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的三模塊系統(tǒng)：一個(gè)“驅(qū)動(dòng)模塊”提供初始表達(dá)動(dòng)力；一個(gè)“基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模塊”包含五個(gè)轉(zhuǎn)錄因子及其自身啟動(dòng)子；一個(gè)“報(bào)告模塊”用來監(jiān)測(cè)晝夜節(jié)律輸出。當(dāng)且僅當(dāng)所有五個(gè)轉(zhuǎn)錄因子都被共同表達(dá)時(shí)，報(bào)告基因才展現(xiàn)出穩(wěn)健的晝夜節(jié)律振蕩，從而強(qiáng)有力地證明了該基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)自身就是一臺(tái)獨(dú)立的“晝夜節(jié)律發(fā)生器”。

不僅是“生物鐘”，更是免疫“指揮官”

那么這個(gè)在低溫下依然工作的“生物鐘”有什么實(shí)際作用呢？研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，它并不是一個(gè)可有可無的備選生物鐘。當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)在草莓果實(shí)中進(jìn)行特異性干擾這一“生物鐘”時(shí)，草莓果實(shí)對(duì)灰霉菌（Botrytis cinerea，導(dǎo)致水果腐爛的常見病原菌）的易感性顯著增強(qiáng)。

這表明，該“生物鐘”能夠“門控”并促進(jìn)草莓的防御反應(yīng)。在低溫儲(chǔ)存這種壓力條件下，經(jīng)典生物鐘失效，而這個(gè)替補(bǔ)上場(chǎng)的非經(jīng)典“生物鐘”接管了部分指揮權(quán)，協(xié)調(diào)下游防御相關(guān)基因的節(jié)律性表達(dá)，從而幫助果實(shí)更有效地抵抗病原菌侵襲，延長(zhǎng)保鮮期。

總結(jié)與展望

這項(xiàng)研究打破了我們對(duì)植物生物鐘的固有認(rèn)知：

1、發(fā)現(xiàn)了新機(jī)制：揭示了在經(jīng)典生物鐘失效的條件下，植物可以利用一套完全不同的基因組件構(gòu)建出具備核心生物鐘特性的替代基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

2、實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破：首次在真核生物中實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜晝夜節(jié)律基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的異源重建，為研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)提供了強(qiáng)大工具。

3、揭示了新功能：闡明了這種非經(jīng)典“生物鐘”在采摘后的果實(shí)免疫防御中的關(guān)鍵作用，連接了生物鐘與植物免疫兩個(gè)重要領(lǐng)域。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)生命節(jié)律起源與多樣性的理解，也為農(nóng)產(chǎn)品采摘后保鮮技術(shù)的開發(fā)提供了全新思路。未來，或許我們可以通過調(diào)控這個(gè)非經(jīng)典“生物鐘”來增強(qiáng)水果的抗病性，減少冷藏保存和運(yùn)輸過程中的損耗，讓更新鮮的水果蔬菜走上餐桌。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.033