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如何才能活千岁——看看植物是怎么做到的

已有 4070 次阅读 2017-12-15 16:51 |个人分类:生命科学|系统分类:科研笔记| 植物, 衰老, 抗衰老

如何才能活千岁——看看植物是怎么做到的


生物体“为什么会衰老”?这个问题自从2005年以来已经不再是生物医学的不解之谜了。尽管这个千古之谜的生化答案是中国人参透给出的(DZ Yin and KJ Chen. The essential mechanisms of aging… Exp Gerontol. 2005, 40: 455-465),但是破解衰老之谜的“桃子”还是由歪果仁“抢镜”之后才算采摘成功,拍成了“板上钉钉”的事(Hayflick. Biological aging is no longer an unsolved problem. Ann NY Acad Sci. 2007, 1100: 1-13。(没办法,几百年来,几乎整个科技领域,人家掌握话语权)。对解密衰老背后的故事有兴趣的学者可以检索阅读:1)“衰老,千古之谜的终结”;2)“衰老,损伤与生命维护的博弈”;3)“衰老机理本质,生化副反应损变的失修性累积”等科学文章。

今天,现代生物医学与衰老相关的研究表面上尽管仍然步履蹒跚、磕磕碰碰、山重水复、疑雾重重,但实际上已经全面进入了“如何抗衰老”的“衰老研究2.0”历史时期。然而,到底“如何抗衰老”才能真正实现让人类器官再生不死,寿命成倍增长呢?近年来,因为这个科学问题太难、太乱,领域太大、太宽,所以也就各行各业、各色人等,纷纷登场、热闹非凡!

在微观水平琢磨“抗衰老”我们可以看到:有玩基因的,有玩端粒的,有玩胚胎的,也有玩干细胞的…..

在宏观水平琢磨“抗衰老”我们可以看到:有玩器官再生的,有玩防治老年病的,有玩整体实验动物的(例如鼹鼠、乌龟、线虫、果蝇、斑马鱼),也有玩植物微生物的等等等等。

本期《自然-植物》(Nature Plants)刊出了一篇令人振奋的植物抗衰老的机理文章:How to get old without aging, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29209082有关网络作者翻译为“变老但不衰老的诀窍”!因为该文章道出了植物千年不老的一条可能的重要机制,颇有启发,转帖于下,供琢磨“千古不朽机理,万世流芳技术”的思想者们仔细把玩欣赏。

不过提醒一句:无论植物在抗衰老问题上怎么“攻防有术”,“聪明绝顶”,衰老生化本质仍然还是一句话,万变不离其宗:损伤与维护的博弈!

进一步讲,战胜能量代谢损伤导致的失修性累积(氧应激+糖应激)才是生物体抵抗衰老的关键,也是生物体老化与非生物体“老化”之间最主要的差别。换言之“生物体要成功抗衰老必须要战胜维持生命活动的能量代谢失准”。关于这个“失准”问题,本博主这里向大家推荐一篇2017年的很好的综述:

Non-enzymatic molecular damage as a prototypic driver of aging. J Biol Chem.pdf


附:植物抗衰老的生物学原理(转自刘盼科学网博客)

变老但不衰老的诀窍

How to get old without agingNature Plants

树木如何能够在几百甚至几千年内生存下去?它们如何避免因DNA复制错误和环境影响(如紫外线辐射)导致的突变?【1,2】在近期“Nature Plants”杂志上,Schmid-Siegert等【3】通过研究他们自己校园的树木的遗传多样性来解决这个长期存在的问题。这棵树当地被称为拿破仑橡树,纪念1800年拿破仑的访问。拿破仑已经死了近两个世纪,他的所有同龄人都已经逝世了,但是以他名字命名的橡树已经长成了一棵宏伟的树。为什么树木比人类活得更久?作者决定通过一个伟大的公民推广项目(http://www.napoleome.ch)来统计拿破仑橡树的突变数量。

https://media.springernature.com/m685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fs41477-017-0076-7/MediaObjects/41477_2017_76_Fig1_HTML.jpg在拟南芥中,突变率约为7.1×10-9/代【4】。考虑到茎长(40米与30厘米)和暴露于环境中的时间(234年与几周)之间的差异,橡木中的数量应该比拟南芥高至少100倍。作者的做法在概念上很简单:他们不是一次,而是两次对拿破仑橡树(“拿破仑”)的基因组进行测序。两个样本从不同的分支中收集,一个从顶部,一个从底部,并确定了两个样本之间的遗传多样性。首次生物信息学分析确定了两个分支之间的约5,000个潜在的单核苷酸变体(SNV)。这将在预期的范围内,但最大的挑战是验证。事实上,在两个分支之间的所有假定的SNV中,只有17个可以通过Sanger测序可靠地确认。使用一系列统计检验,作者自信地估计实际数字必须在38到47之间,或者两个分支之间的突变率为4.2-5.2×10-8,这个数字至少比预期的低十倍。通过分析24个更多的叶样本,每个突变可以沿着分支追溯到其起源 - 可以称之为树的系统发育树。

那么,树木如何保持突变率如此之低呢?答案在于植物生长的模块化结构。植物通过分生组织不断地更新组织。位于茎尖的几个顶端干细胞控制主茎和其叶片的生长。存在于叶腋中的腋生分生组织将长出并形成分支。这些枝条形成自己的茎,叶和腋生分生组织,它们反复生长并形成分枝。关键在于:腋生分生组很早被分开,当它们与根尖分生组织分开时,只需几个细胞分裂【5】。对于短周期的植物和多年生的树木也是如此,并且有两个后果。首先,只有在腋生分生组织或其直接前体中存在的突变才有可能被固定并在树上繁殖,作者仅测量了这些突变。大部分突变将出现在小部分茎或叶中。由于增长的模块化结构,大多数有害的突变可能会导致个别的树叶或树枝死亡,但不会杀死整棵树。其次,尽管腋生分生组织可能需要几十年的时间才能长出来形成一个分支,深埋于周围的叶原基之间,因此避免了致突变的太阳辐射。与防辐射相结合的模块化生长习性为观察到的遗传多样性低于预期提供了合理的解释。

突变累积限制了生物的寿命。 但是突变并不总是不好的。遗传变异也是自然选择的基本原料,可以使物种适应不断变化的环境。 在这17个固定的变体中,有16个位于基因组的内含子或非编码区域,可能是选择性中性的。 只有一个SNV引起氨基酸置换,并可能具有表型效应。因此,一棵老树不是一个基因高度多样化的分支,每个分支都可以对选择做出不同的反应。 在暴露于迅速发展的病原体和食草动物的过程中,低遗传多样性尤其重要。 文献中关于具有不同敏感性的个体分支的报道很少。与我们人类不同,树木由于其独特的分支生长而设法减缓衰老,但是这并不妨碍它们最终死于其他偶然的原因。




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3 武夷山 范振英 杨金波

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