北京大學最新Cell：冰箱中的草莓會啟動一套全新“生物鐘”，維持晝夜節律，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，它們的生長已經停止，但內部的生命活動是否完全靜止？

一項發表于Cell期刊的最新研究揭示了一個令人驚訝的發現——在低溫冷藏（4°C）條件下，采摘后的草莓果實中的經典“生物鐘”被破壞，但有一個全新的非經典“生物鐘”仍在默默工作，它不僅維持著晝夜節律，還充當著抵抗灰霉病（導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，發表在國際頂尖學術期刊Cell上，北京大學生命科學學院、基因功能研究與操控全國重點實驗室、生命科學聯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。

該研究的核心發現：

• 在低溫條件下，許多植物的典型“生物鐘”會受損；

• 草莓中一種新的基因調控網絡能夠產生晝夜節律；

• 在煙草中異源重建草莓的晝夜節律基因調控網絡；

• 草莓中的非典型晝夜節律基因調控網絡控制并促進對灰霉病的防御。

經典“生物鐘”在低溫下“失靈”

大多數生物，包括植物，都擁有一個內在的晝夜節律系統，即所謂的“生物鐘”。它像一位精準的指揮家，協調著各種生理過程，使其與地球自轉所帶來的晝夜變化同步。在植物中，這個核心生物鐘由一系列轉錄因子構成的基因調控網絡驅動，例如擬南芥中的 CCA1、LHY 和 TOC1 等。

然而，當環境溫度降低時，這個精密的生物鐘系統往往會出問題。研究團隊發現，將采摘后的草莓果實置于4°C的低溫連續光照條件下儲存時，其經典生物鐘核心組件（例如 FvLHY 和 FvTOC1）的表達節律完全消失，變得雜亂無章。采摘后即使在 20°C 的常溫下，除了 FvTOC1 外，其他大多數經典生物鐘基因也失去了節律。這意味著，在草莓果實采摘后，無論是冷藏還是常溫存放，其經典生物鐘機制基本上都“停擺”了。

發現一個神秘的“替補”生物鐘

既然經典生物鐘不工作了，那么草莓果實內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 測序分析，研究團隊發現，在低溫儲存的草莓中，依然有 275 個基因保持著清晰的晝夜表達節律。這些基因主要與蛋白質的合成、折疊和儲存相關。

更關鍵的是，在這批有節律的基因中，他們找到了 9 個轉錄因子。通過雙熒光素酶實驗和基因網絡分析，研究團隊最終鎖定了一個由 5 個轉錄因子（FvGRAS、FvMYB109、FvVOZ、FvERF4 和 FvERF105）構成的核心調控網絡。這個網絡的結構富含負反饋調節，這與經典生物鐘網絡的結構特征相似，但它所使用的“組件”（轉錄因子）卻完全不同。研究團隊將其命名為“非經典準晝夜節律基因調控網絡”（noncanonical quasi-circadian gene regulatory network）。

這個新發現的基因調控網絡具備生物鐘的關鍵特征：它的自由運行周期接近 24 小時；具有溫度補償能力（即在不同的溫度下周期保持相對穩定）；能夠被溫度循環等外界信號重新設定和同步。不過，它的節律持續性不如經典生物鐘長久，在長時間的自由運行條件下會逐漸衰減，因此被定義為“準”晝夜節律（quasi-circadian）。

在煙草中“重建”草莓的生物鐘

為了證明這個新發現的基因調控網絡本身確實具有產生晝夜節律的能力，而非依賴于草莓的其他背景，研究團隊完成了一項開創性的工作——在異源植物煙草中，成功重建了這個完整的基因調控網絡。

研究團隊設計了一個精巧的三模塊系統：一個“驅動模塊”提供初始表達動力；一個“基因調控網絡模塊”包含五個轉錄因子及其自身啟動子；一個“報告模塊”用來監測晝夜節律輸出。當且僅當所有五個轉錄因子都被共同表達時，報告基因才展現出穩健的晝夜節律振蕩，從而強有力地證明了該基因調控網絡自身就是一臺獨立的“晝夜節律發生器”。

不僅是“生物鐘”，更是免疫“指揮官”

那么這個在低溫下依然工作的“生物鐘”有什么實際作用呢？研究團隊進一步發現，它并不是一個可有可無的備選生物鐘。當研究團隊在草莓果實中進行特異性干擾這一“生物鐘”時，草莓果實對灰霉菌（Botrytis cinerea，導致水果腐爛的常見病原菌）的易感性顯著增強。

這表明，該“生物鐘”能夠“門控”并促進草莓的防御反應。在低溫儲存這種壓力條件下，經典生物鐘失效，而這個替補上場的非經典“生物鐘”接管了部分指揮權，協調下游防御相關基因的節律性表達，從而幫助果實更有效地抵抗病原菌侵襲，延長保鮮期。

總結與展望

這項研究打破了我們對植物生物鐘的固有認知：

1、發現了新機制：揭示了在經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建出具備核心生物鐘特性的替代基因調控網絡。

2、實現了技術突破：首次在真核生物中實現了復雜晝夜節律基因調控網絡的異源重建，為研究基因調控網絡動力學提供了強大工具。

3、揭示了新功能：闡明了這種非經典“生物鐘”在采摘后的果實免疫防御中的關鍵作用，連接了生物鐘與植物免疫兩個重要領域。

這項發現不僅深化了我們對生命節律起源與多樣性的理解，也為農產品采摘后保鮮技術的開發提供了全新思路。未來，或許我們可以通過調控這個非經典“生物鐘”來增強水果的抗病性，減少冷藏保存和運輸過程中的損耗，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