《昆明植物所在植物花粉的UV-B辐射耐受研究方面取得重要进展》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-01-24
  •  植物在生活史的各个阶段都会面临各种环境胁迫因子,而耐受或适应环境胁迫的能力决定了它们的分布与丰富度。众多环境胁迫因子中,紫外辐射(UV-B)是影响植物生长与繁殖的关键因素。在全球变化(大气组成改变、物种迁移等)背景下,植物面临的UV-B辐射会进一步增强。因此,植物耐受UV-B辐射的能力与适应机制受到进化生物学家和保护生物学家的普遍关注。尽管繁殖阶段是植物生活史中最敏感时期,但是,以往针对植物适应UV-B辐射的研究主要集中在营养器官(叶片),很少有研究探讨繁殖器官的响应机制,特别是经常暴露在阳光中的花粉。

      中国科学院昆明植物研究所泛第三极植物多样性形成及创新驱动专题组通过对77种植物的花粉萌发、花粉管生长以及性状进行调查的基础上,探讨了花粉萌发和花粉管生长的UV-B耐受能力及其影响机制。

     在调查的77种植物中,UV-B辐射对大部分物种的花粉萌发(90.9%)和花粉管生长(84.2%)具有显著的抑制作用。系统发育分析显示,花粉萌发和花粉管的UV-B辐射敏感性具有较强的系统发育信号,即:亲缘关系相近的植物具有相似的耐受能力。随着植物所处海拔的升高,花粉管生长对UV-B辐射的敏感性显著降低,表明高海拔的植物具有更高的耐受能力。此外,花粉活力对UV-B辐射的耐受能力受到多种生物和非生物因素的影响,如风媒植物和野生植物比虫媒植物和栽培型植物具有更强的耐受能力;而低温或干旱环境的植物比高温或多雨环境的植物具有更强的耐受力。在所有的影响因素中,UV-B辐射强度和持续时间对花粉萌发和花粉管生长的影响具有最高的解释力。因此,花粉对UV-B辐射的耐受能力受植物所处环境和物种性状的共同影响,对我们理解全球变化背景下UV-B辐射改变对群落物种组成和农业生产的影响具有重要意义。

      研究结果以Effects of UV-B radiation on pollen germination and tube growth: A global meta-analysis为题在线发表在环境科学与生态学领域TOP期刊Science of the Total Environment。中国科学院昆明植物研究所硕士研究生寸爽和河南师范大学张婵副教授为论文的共同第一作者,中国科学院昆明植物研究所孙航院士和宋波研究员为论文共同通讯作者。该研究得到中国科学院战略性先导专项、第二次青藏高原综合科学考察研究项目、国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

  • 原文来源:https://www.ebiotrade.com/newsf/2024-1/20240123064450555.htm
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  • 《昆明植物所在超高多样化类群的系统演化方面取得重要进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-05-05
    • 快速辐射类群因其在年轻的生物多样性热点地区的进化、适应和环境变迁研究中的潜在价值而备受关注,同时也是解决生命之树问题的最大挑战之一。紫堇属Corydalis 是罂粟科中超高多样化的属(约530种),主要分布于北温带,以青藏高原-横断山区为主要辐射分化中心。长期以来,关于紫堇属的系统发育研究往往基于个别叶绿体基因片段和少数类群取样,未能很好解决本属内的组间系统发育关系,且所提出的亚属级和组级分类系统一直存在争议。此外,紫堇属多数物种具有重要的药用价值和观赏价值,对该属植物分类、分子系统学等研究为有效保护及合理开发利用属内优质种质资源提供科学依据。   近日,JIPB在线发表了中国科学院昆明植物所孙航研究团队题为An updated classification for the hyper-diverse genus Corydalis (Papaveraceae: Fumarioideae) based on phylogenomic and morphological evidence的研究论文。该研究对紫堇属首次进行全球广泛取样并测序,获得280个代表类群的叶绿体基因组序列和271个代表类群的低拷贝核基因数据集,涵盖紫堇属当前已定义的所有组和“系”。基于质体基因组和核基因两套数据,研究构建了紫堇属迄今最全面和最稳固的系统发育树,探讨了属下拓扑结构的核质不一致情况,阐明了属内的组间系统关系,结果表明过去界定的42个组和5个独立的“系”中,仅25个组和1个“系”为单系,且多为物种数较少的组。祖先性状重建分析表明生活型、是否具主根、是否具短囊状距和果实类型相关的性状较为稳定,可用于属下分类鉴定。基于组级水平的完整系统发育关系,结合形态学证据、地理分布和祖先特征的重建,研究人员提出了一个全新的紫堇属组级分类系统,包括4个亚属(1个新亚属被建立)、39 个组,并对各组异名进行了全面梳理。其中,16 个组的范围被重新界定,恢复了1个组,新建立了6个组。该研究是以扎实野外考察和标本查阅为基础,结合多组学数据以及形态-地理-性状等多维证据对紫堇属进行了全面地系统发育分析,重新认知了属内系统关系,极大提高了我们对该属性状进化的理解,为紫堇属深入的分类学、多样性进化以及资源利用和保护等研究奠定了坚实基础。   昆明植物所陈俊通博士、黄先寒博士和乌普萨拉大学Lidén教授为论文共同第一作者,邓涛研究员和孙航研究员为共同通讯作者,昆明植物所张良副研究员、博士生张信坚、硕士匡田辉以及康奈尔大学Landis博士和华中师范大学王东教授也参与了该项研究工作。研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究、中国科学院战略性先导科技专项A类和国家自然科学基金重点项目等支持。   孙航研究团队长期关注泛第三极植物多样性起源、演变和进化适应机制研究,以宏观生物学研究为基础,以植物类群的起源发生和分布格局形成为核心,以物种多样性演化和适应机制为切入点,多学科交叉,宏微观结合,探讨高山植物多样性在时间和空间上的进化过程和生存机制及其在全球植物多样性形成演变中的作用,也为探讨泛第三极环境演变提供生物学证据。如提出东亚植物区系形成新观点(Chen et al., 2018),同时聚焦紫堇属、风毛菊属、葱属等超高多样化类群开展了从系统发育(Yusupov et al., 2022等)、地理格局形成(Zhang et al., 2020, 2021等)到伪装色彩进化(Niu et al., 2021等)以及适应性进化基因组机理(Chen et al., 2019; Zhang et al., 2023等)全链条系统研究。
  • 《昆明植物研究所在雌雄异株植物株高二态性对花粉和种子散布的影响方面研究取得新进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-01-24
    •  在被子植物中,雌雄异株植物的雌雄个体在形态、生理和生活史等多方面呈现差异化特征,通常称之为“性二态”。尽管被子植物的性二态不如多数动物那么显著,但也有许多雌雄异株植物的部分性状呈现明显的性别间差异,并且部分性二态特征在雌雄异株类群中呈现趋同演化现象。对风媒传粉的雌雄异株植物而言,植株高度是一个非常关键的性状,除了直接影响个体间对光照等资源的竞争外,植株高度可能影响雌雄两性的繁殖成功。对于雄性而言,花粉从较高位置的花药释放,在沉降之前会形成更广泛的水平扩散,从而提高雄性适合度;对于雌性而言,较矮的株高将有利于接受更多的花粉落置,由此提高雌性繁殖成功。株高不仅可以通过影响花粉传播距离对交配成功产生影响,也可能对风播物种的果实和种子散布发挥重要作用。目前,株高二态(尤其是互逆的株高二态)的生态和遗传适应机制仍然缺乏实验验证。   中国科学院昆明植物研究所植物性系统功能与演化专题组在前期研究的基础上,以产自北美的雌雄异株植物心翼酸模(Rumex hastatulus)(雌性:XX,雄性:XY,2n = 10)作为研究对象,利用该物种特殊的株高互逆二态现象,即该物种在开花期雄株显著高于雌株,而在果期则雌株显著高于雄株,在温室环境下中进行风媒和风播的模拟控制实验,研究了互逆的株高对花粉和种子散布的影响。研究发现花期雄株的高度能有效提高花粉散布距离和繁殖成功率,而果期雌株的高度优势能够显著提高种子的散布范围。此外,研究人员还对心翼酸模不同生活史阶段的雌雄性状进行了比较研究,发现除花期和果期雌雄株高发生逆转之外,包括生活史早期的种子重量和萌发时间等多方面均存在性二态特征。   心翼酸模雌雄两性在开花和结果阶段互逆的高度二态可能代表了一种与性别角色相关的生态适应策略。该研究结果以Functional consequences of temporal reversal ofheight dimorphism for pollen and seed dispersalin a dioecious plant为题,发表于Journal of Systematics and Evolution。中国科学院昆明植物研究所博士研究生曾志华和已毕业博士研究生于倩为论文的共同第一作者,中国科学院昆明植物研究所周伟研究员,李德铢研究员和多伦多大学Spencer Barrett教授为论文共同通讯作者。本研究工作得到中国科学院战略性先导专项(B类)、国家自然科学基金项目、云南省重点基础研究计划等项目的联合资助。