蔓菁是我國青藏高原和西南地區(qū)的一種傳統(tǒng)種植作物，具有藥用、食用和飼用價值。青藏高原的平均海拔超過4000米，是全世界海拔最高、面積最大的高原，強紫外輻射是高原環(huán)境的典型特征之一。一直以來，人們并不清楚蔓菁等植物為何能適應(yīng)高原的強紫外光輻射。
日前，中國科學(xué)院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應(yīng)研究團隊取得系列成果。他們成功解析了植物適應(yīng)青藏高原強紫外輻射的分子機制，并為理解植物如何適應(yīng)青藏高原強紫外輻射提供了新的理論參考。相關(guān)成果近日發(fā)表在國際期刊《植物生長調(diào)節(jié)雜志》和《植物綜合生物學(xué)雜志》上。
低劑量的中波輻射段紫外光輻射是一種環(huán)境信號，植物的紫外抗性蛋白UVR8可感受并讓紫外光誘導(dǎo)的植物光形態(tài)建成，進而調(diào)控植物發(fā)育。但強紫外光會破壞DNA，引發(fā)活性氧積累，并對植物造成損傷。不過這對青藏高原及其周邊高海拔地區(qū)種植的蔓菁來說，似乎無關(guān)痛癢。此前，研究團隊成功建立了蔓菁基因原位雜交技術(shù)和基因編輯體系，獲得了高質(zhì)量基因組。這讓蔓菁成為研究植物如何適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的理想材料。
同質(zhì)園實驗是把不同來源的植物物種，或不同生境居群的個體植物種類或品種，引種栽培在環(huán)境因素相對一致的同一園地內(nèi)，然后對其相關(guān)性狀等進行比較分析的一種實驗方式。在拉薩，研究團隊利用同質(zhì)園實驗，比較了兩個蔓菁地方品種KTRG-B48a（以下簡稱品種a）和KTRG-B48b（以下簡稱品種b）的高原適應(yīng)性。結(jié)果表明，品種b的塊根鮮重和花青素含量均顯著高于品種a。經(jīng)過室內(nèi)中波輻射段紫外光處理后，兩個品種差異表達基因的表達模式明顯不同。其中，品種b蔓菁的花青素生物合成途徑相關(guān)基因被快速激活。
“花青素具有清除活性氧的能力。通過比較中波輻射段紫外光處理后兩個品種的活性氧含量，我們發(fā)現(xiàn)，品種b的過氧化氫和超氧化物的含量顯著低于品種a。”團隊負責(zé)人，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園主任、研究員楊永平介紹。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過中波輻射段紫外光處理的品種b茉莉酸含量高于品種a。這表明茉莉酸同樣具有提高植物應(yīng)對中波輻射段紫外光輻射的耐受能力。但這類紫外光如何激活茉莉酸合成仍是未解之謎。
“為解開這一謎團，我們進一步利用生物化學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)，并結(jié)合遺傳學(xué)開展研究。”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院昆明植物研究所孫旭東博士說。
經(jīng)過重重解析，團隊發(fā)現(xiàn)，原來二聚體的紫外抗性蛋白被中波輻射段紫外光激活后形成單體，進入細胞核并直接結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TCP4，增強了其結(jié)合茉莉酸合成關(guān)鍵基因LOX2啟動子的能力，促進了后者表達，進而提高了茉莉酸含量。這也進一步激活了花青素合成通路，最終增強了植物對中波輻射段紫外光輻射的耐受性。
這一系列研究結(jié)果，可以概述蔓菁對紫外輻射耐受性的轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)，也拓展了人們對植物花青素生物功能的認識。
蔓菁是我國青藏高原和西南地區(qū)的一種傳統(tǒng)種植作物，具有藥用、食用和飼用價值。青藏高原的平均海拔超過4000米，是全世界海拔最高、面積最大的高原，強紫外輻射是高原環(huán)境的典型特征之一。一直以來，人們并不清楚蔓菁等植物為何能適應(yīng)高原的強紫外光輻射。
日前，中國科學(xué)院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應(yīng)研究團隊取得系列成果。他們成功解析了植物適應(yīng)青藏高原強紫外輻射的分子機制，并為理解植物如何適應(yīng)青藏高原強紫外輻射提供了新的理論參考。相關(guān)成果近日發(fā)表在國際期刊《植物生長調(diào)節(jié)雜志》和《植物綜合生物學(xué)雜志》上。
低劑量的中波輻射段紫外光輻射是一種環(huán)境信號，植物的紫外抗性蛋白UVR8可感受并讓紫外光誘導(dǎo)的植物光形態(tài)建成，進而調(diào)控植物發(fā)育。但強紫外光會破壞DNA，引發(fā)活性氧積累，并對植物造成損傷。不過這對青藏高原及其周邊高海拔地區(qū)種植的蔓菁來說，似乎無關(guān)痛癢。此前，研究團隊成功建立了蔓菁基因原位雜交技術(shù)和基因編輯體系，獲得了高質(zhì)量基因組。這讓蔓菁成為研究植物如何適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的理想材料。
同質(zhì)園實驗是把不同來源的植物物種，或不同生境居群的個體植物種類或品種，引種栽培在環(huán)境因素相對一致的同一園地內(nèi)，然后對其相關(guān)性狀等進行比較分析的一種實驗方式。在拉薩，研究團隊利用同質(zhì)園實驗，比較了兩個蔓菁地方品種KTRG-B48a（以下簡稱品種a）和KTRG-B48b（以下簡稱品種b）的高原適應(yīng)性。結(jié)果表明，品種b的塊根鮮重和花青素含量均顯著高于品種a。經(jīng)過室內(nèi)中波輻射段紫外光處理后，兩個品種差異表達基因的表達模式明顯不同。其中，品種b蔓菁的花青素生物合成途徑相關(guān)基因被快速激活。
“花青素具有清除活性氧的能力。通過比較中波輻射段紫外光處理后兩個品種的活性氧含量，我們發(fā)現(xiàn)，品種b的過氧化氫和超氧化物的含量顯著低于品種a。”團隊負責(zé)人，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園主任、研究員楊永平介紹。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過中波輻射段紫外光處理的品種b茉莉酸含量高于品種a。這表明茉莉酸同樣具有提高植物應(yīng)對中波輻射段紫外光輻射的耐受能力。但這類紫外光如何激活茉莉酸合成仍是未解之謎。
“為解開這一謎團，我們進一步利用生物化學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)，并結(jié)合遺傳學(xué)開展研究。”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院昆明植物研究所孫旭東博士說。
經(jīng)過重重解析，團隊發(fā)現(xiàn)，原來二聚體的紫外抗性蛋白被中波輻射段紫外光激活后形成單體，進入細胞核并直接結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TCP4，增強了其結(jié)合茉莉酸合成關(guān)鍵基因LOX2啟動子的能力，促進了后者表達，進而提高了茉莉酸含量。這也進一步激活了花青素合成通路，最終增強了植物對中波輻射段紫外光輻射的耐受性。
這一系列研究結(jié)果，可以概述蔓菁對紫外輻射耐受性的轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)，也拓展了人們對植物花青素生物功能的認識。
本文鏈接：面對強紫外輻射 蔓菁也會做“防曬”http://www.sq15.cn/show-2-5274-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責(zé)任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權(quán)等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。
上一篇： 東非蝙蝠與嚙齒動物 攜帶病毒相關(guān)特征揭示
下一篇： 未來食品如何真正走向未來