71、植物信息处理与混合计算机训练机器学习系统

植物信息处理与混合计算机训练机器学习系统

1. 植物从休眠到萌发的信息处理

植物从休眠到萌发的转变是其生命中最重要的决策之一，因为这决定了植物将在何处生长。环境通过控制两种对萌发有拮抗作用的激素水平来影响这一不可逆的决策。脱落酸（ABA）维持休眠状态，而赤霉素（GA）促进萌发。这两种激素通过调节参与其合成和降解的酶的表达来相互抑制对方的含量。

1.1 激素调节的动态模型

提出了一个动态模型来描述ABA和GA之间的代谢调节。这个调节回路具有双稳态，即存在高ABA和低GA水平对应休眠状态，以及低ABA水平和高GA水平对应萌发状态。改变模型中GA的敏感性会导致每个状态吸引域大小的变化，从而影响萌发的倾向。

1.2 调节反馈与信息编码

存在几种调节反馈影响这个调节回路的动态行为。例如，ABA通过自身信号传导对其含量进行正负调节，这构成了一个非相干前馈回路。在种子中，这种模式与ABA水平的变异性产生有关，这对于种子的风险对冲策略很重要，以确保在不可预测的环境条件下的鲁棒性。

从种子发育结束开始，它们就表现出不同的激素特征，外部信息如温度和光照等可以通过调节ABA和GA水平被植物编码。这种激素特征的持续调整可以减弱或放大激素反应，使种子能够不断处理外部信息，从而决定是保持休眠还是萌发。

1.3 环境对激素特征的影响

以低温为例，它能刺激拟南芥种子的萌发。这是通过上调参与GA生物合成的酶来实现的，从而影响上述双稳态调节回路的活性。实验和计算模拟表明，间歇性冷处理比连续冷处理更能成功诱导萌发。这表明之前冷处理信息的整合影响了萌发的形态发生转变。

种子中激素水平的持续