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武汉植物园揭示逆境记忆如何增强冷季型草坪草耐高温能力

2015-07-21 15:41 胡涛 中国科学院武汉植物园 阅读 0
核心摘要: 中国科学院武汉植物园研究发现,逆境记忆可增强冷季型草坪草高羊茅的耐高温能力。通过逆境驯化处理,高羊茅的耐热性显著提升,表现为草坪质量增加、电解质渗漏率降低。机制上,驯化抑制了PSII反应中心能量流传递,增加了有机酸、糖类和氨基酸含量,并诱导热激蛋白基因产生转录记忆。该研究为培育耐高温草坪草提供了新思路。

逆境记忆(stress memory)是生物体应对逆境环境后在体内形成的调控信号。当逆境胁迫消除后,这些信号会被植物体记住,部分可遗传给后代。再次暴露于相同逆境时,记忆迅速激活,启动相关信号转导及转录调控,从而增强驯化植株的耐逆能力。

高羊茅(Festuca arundinacea)又名苇状羊茅,隶属禾本科,是主要的冷季型牧草和草坪草,在我国北部及长江流域气候过渡区广泛种植。其地上部最适生长温度为15-24℃,根系为10-18℃。近年来,我国部分地区夏季频繁出现异常高温,极端温度达40℃以上且持续时间长,导致高羊茅观赏品质和使用价值降低,甚至死亡。高温胁迫已成为高羊茅在我国南方发展的主要限制因子。

中国科学院武汉植物园博士胡涛在研究员傅金民的指导下,以课题组筛选鉴定的耐热高羊茅(PI 574522)和热敏感高羊茅(PI 512315)为材料,利用建立的逆境驯化模式进行前期处理。与直接暴露于40℃高温处理组相比,逆境驯化后两个高羊茅种质的耐热能力显著增强,表现为草坪质量增加,电解质渗漏率(EL值)降低。进一步研究发现,逆境驯化主要抑制了PSII反应中心(PSII RC)能量流传递和OJIP相的下降,增加了叶片中4种有机酸、8种糖类物质、5种氨基酸和1种有机酸的含量。此外,研究人员对从NCBI数据库中克隆的29个受高温诱导的热激蛋白基因转录水平进行检测,发现1个低分子量(LMW-HSP)和1个高分子量(HMW-HSP)热激蛋白基因在第二次高温驯化后表现出比第一次更高的转录水平,而去除逆境驯化后表达水平迅速恢复到初始水平,具有“转录记忆”,称为驯化基因。

该研究获得国家自然科学基金(Grant #: 31470363; 31201653)和中科院中非联合中心科教项目(No. SAJC201325)的支持。相关研究结果在植物学国际期刊Frontiers in Plant Science在线发表(doi: 10.3389/fpls.2015.00403)。

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