銀杏憑什么能活千年？基因決定

與自然界中旺盛生長幾百年甚至幾千年的某些樹木相比，動物的長壽不算什么。但人們此前對樹木，例如銀杏的長壽機制卻一直不清楚。

近日，美國《國家科學院院刊》在線發表了中外科學家團隊截止目前最為全面的樹木長壽機制研究成果。他們選用銀杏樹干維管形成層為主要研究材料，綜合運用細胞學、生理學、多組學和分子生物學等手段，揭示了銀杏古樹長壽的內在機制。

論文作者、揚州大學教授王莉告訴《中國科學報》，樹木生長主要來源于頂端分生組織和側向維管形成層的分裂分化，但樹木生長到一定年齡以后就不再升高，因而無法反映年齡的變化。樹木主干維管形成層每年都能分裂分化出新的韌皮部和木質部，維系著樹體的生長，是研究古樹長壽機制的理想材料。

該研究通過年輪測定技術結合DBHs的分析，確定了34株銀杏樹的真實樹齡，其樹齡分布在15年—1353年，并將其中不同樹齡的樹木分為三組進行比較研究。結果發現，與成年樹相比，古樹組（193年-667年）形成層細胞層數變少，新產生的年輪寬度變窄，生長素（IAA） 含量下降，脫落酸（ABA）含量上升，細胞分裂分化相關基因表達下降，表明古樹中維管組織生長變緩。然而古樹樹干的橫截面積增加量（BAI）仍處于高水平，顯示銀杏古樹形成層干細胞仍具有較強的持續不斷的分裂能力。

該研究進一步測定了古樹葉片光合指標、種子繁殖能力、衰老相關的標記基因、miRNA及靶基因、自噬基因等，均未發現有顯著變化。此外，研究人員還在銀杏葉片衰老過程以及更多年齡段的其他銀杏植株中，進行了相關基因的驗證。這些形態、生理和分子水平上的結果揭示，銀杏古樹在整體上仍處在健康的成年狀態，依舊保持“青春活力”，尚未進入衰老階段。“銀杏古樹維管形成層細胞的持續分裂能力，在避免衰老過程中發揮了重要作用。”王莉說。

論文作者、北京林業大學教授林金星介紹，樹木最終大多因為環境脅迫或病害而導致衰老和死亡。為了了解樹木是否隨著年齡的增長而更容易受到這種壓力的影響，他們檢查了與病原體抗性和保護性物質產生有關的基因。結果，他們在銀杏古樹維管形成層細胞中鑒定到62個FLS2、EFR的成員和457個R基因，尤其是R基因的數量遠遠多于其他物種。此外，木質素單體、類黃酮和芪類化合物代謝通路的基因數量和表達在古樹組中也沒有下降。

論文作者、美國北得克薩斯大學丹頓分校教授Richard Dixon說，這是一種“驚人的”能力，可以幫助銀杏健康生長數千年。銀杏古樹可能通過持續合成木質素等物質，增加樹干的密度和強度，以支撐不斷增粗的樹體，同時通過大量R基因的持續表達，以及積累具有特殊保護功能的代謝物來提高樹體抗性，抵抗各種生物和非生物脅迫，從而大大延長了樹體的壽命。

綜上所述，科學家認為，銀杏古樹長壽并非某單一的長壽基因調控，而是生長與衰老過程中多個因素綜合平衡的結果。該研究成果對揭示樹木在個體水平上的生長與衰老調控機制具有重要科學意義。

該項工作得到了國家自然科學基金等項目和111引智計劃項目的資助。