摘要：花朵一次又一次地生长出茎，叶和花瓣。一项新的研究表明，即使在植物中这种精确的，图案化的形成中，单个细胞内的基因活性也比看起来更混乱。...

花朵一次又一次地生长出茎，叶和花瓣。一项新的康奈尔（Cornell）研究表明，即使在植物中的这种精确的，图案化的形成中，单个细胞内的基因活性也比从外部出现的更混乱。

这一发现对植物工程具有重要意义，科学家设计人造基因可以控制生长或行为。了解植物如何管理遗传“噪声”也可以为其他领域的研究提供信息，从可预测性至关重要的合成生物学到对癌症的研究，随机基因活性可以促进肿瘤的进化。

该研究于5月20日发表自然通讯。

“最终，这项研究挑战了生物学精度需要完美控制的观念，”综合植物科学学院，农业和生命科学学院以及韦尔细胞与分子生物学研究所的植物生物学部教授Adrienne Roeder，他是研究中的相应作者。 “相反，它表明自然不会消除随机性 - 它构建了可靠的系统和流程，尽管它有效。”

合着者Shuyao Kong在Weill细胞和分子生物学研究所的Roeder's Lab启动并作为研究生进行了工作。 Kong现在是哈佛医学学校的博士后研究员。

研究人员检查了Thale Cress（拟南芥）是芥末家族中的一个小植物，以查看随机基因表达 - 基因可以随机打开或关闭的过程。该小组发现，即使激素信号相同，也以惊人的随机方式激活了对生长素的基因（一种指导花朵生长的激素）。尽管说明了相同的说明，但这些细胞还是不可预测的。

该团队使用了发光的记者 - 基因打开时会用荧光照亮的分子 - 三个生长素反应性基因，其中包括一个叫做DR5。他们发现，即使DR5活性被生长素“打开”，它也从一个细胞到另一个细胞差异很大 - 不是由于生长素水平的差异，而是由于细胞本身内部的随机波动。

他们看到这种动态发生在植物的萼片上，这是保护新鲜花朵的芽底部坚固的绿叶状器官。即使细胞单独地“嘈杂”并且不可预测，该植物还是以完美的模式产生四个保护性萼片。

罗德说：“我真的想到我们到达这四个（坟墓形成）地区时，就会少得多的随机性 - 但没有。” “不知何故，尽管有噪音，但您仍然可以在棕褐色器官发起这些非常清晰的斑块中得到。”

尽管科学家知道基因活性在分子水平上可能嘈杂，但这项研究表明，即使是由植物激素生长素触发的重要发育基因也会在单个细胞中显示出随机性，从而为植物在器官形成过程中如何管理这种可变性提供了新的见解。

研究发现，两个生长素反应基因AHP6和DOF5.8的随机性比DR5较少，这表明植物在需要时可能具有内置机制来衰减噪声。

团队说，钥匙是一个称为“空间平均”的过程。尽管单个细胞行为不一致，但细胞组共同起作用，以使噪声平滑，从而产生一个稳定的集体信号，该信号可以用来指导开发。

罗德说：“当有机体需要时，它可以使用这种随机性。” “那超级强大。”

她说，这项研究提出了重要的问题。 “空间平均是植物管理基因表达噪声的一种方式，但是这种缓冲是如何发生的，在什么条件下会失败？”罗德说。 “当我们试图设计自己喜欢的基因以在有趣的地方表达时，我们该如何结合起来？”

撰稿人包括综合植物科学学院（CALS）的研究生拜伦·鲁斯纳克（Byron Rusnak）和杜克大学博士后助理Mingyuan Zhu。

这项研究得到了美国国立卫生研究院的美国国家一般医学科学研究所的支持。