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西班牙农业基因组学研究中心发现植物耐荫性的遗传调控机制
日期:2019-11-25 作者:未知 来源: Plant Biotechnology Journal 点击:
     植物进化出两种主要的方式来应对附近的植被或树荫:回避与容忍。避荫植物会投入大量能量来促进伸长生长,使其高度超过附近的其他植物,这是所谓避荫综合症(SAS)的一部分。相比之下,耐阴植物则采用其他生理代谢方式应对荫蔽,如适当高度,保守的资源利用,低的增长率,即不涉及促进伸长生长。例如,拟南芥对植物产生的荫蔽有回避反应,但它的近亲碎米荠对荫蔽有耐受性。植物如何采取相反的策略来应对同样的环境挑战还不得而知。
    近日,Plant Cell 杂志在线发表了西班牙农业基因组学研究中心题为
"Photoreceptor Activity Contributes to Contrasting Responses to Shade
in Cardamine and Arabidopsis Seedlings" 的研究论文。
    本研究首先将拟南芥和碎米荠放在相同的光照变化环境下,发现在低的R:FR条件下碎米荠的下胚轴伸长显著被抑制。除了下胚轴的应答外,低的 R:FR 还会引起光合色素水平的降低,尽管这些色素在经过荫蔽处理的 ChWT 幼苗中也显著减少,但减少的幅度小于 AtWT。这些结果表明,并不是所有的 SAS 反应都是相同的妥协。接下来,作者利用 RNA 测序来比较 7 天大的 AtWT 和 ChWT 幼苗在 W 和模拟荫蔽(W+FR)下 1h 的基因表达模式。转录组数据中差异基因的不同表达有助于揭示拟南芥和碎米荠对荫蔽的不同应答。作者在 EMS 突变体库中筛选到了一个在荫蔽条件下下胚轴伸长生长的碎米荠突变体(sis1),研究发现 sis1 为碎米荠光敏色素 A 缺失突变体,所以推测碎米荠对荫蔽的耐受性可能是由光敏色素 A 依赖的抑制即抑制下胚轴的伸长所引起的。与拟南芥相比,在荫蔽环境下抑制下胚轴伸长方面碎米荠的光敏色素 A 具有更广泛的作用。结合转录组数据,作者检测了光敏色素 A 在拟南芥和碎米荠中的表达量,结果表明与拟南芥相比,光敏素色A在碎米荠中有更高的表达和活性。
    该研究结果表明,碎米荠已经进化出一种高效的依赖光敏色素 A 的应对荫蔽的途径,即碎米荠会通过抑制了下胚轴的伸长来应对附近植物的荫蔽。这是通过增加光敏色素 A 的表达和蛋白积累,结合更强的特异性内在抑制因子活性来实现的。光感受器活性的调节是自然界中一个强大的机制,以实现物种在不同栖息地的生理变异(耐荫与避荫)。此外研究光敏色素 A 功能的可变性,可以对作物进行适当的改造,进而减少荫蔽对作物造成的产量损失。
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