《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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    • 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。
  • 《昆明植物所在植物适应青藏高原强紫外辐射的分子机制研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-04-26
    •     青藏高原的平均海拔超过了4000米,是全世界海拔最高、面积最大的高原,强烈的紫外辐射是高原环境的典型特征之一,但植物适应UV-B辐射的分子机制仍需要进一步解析。低剂量的UV-B辐射是一种环境信号,植物的紫外受体UVR8蛋白感受并起始UV-B诱导的植物光形态建成进而调控植物发育;强UV-B会破坏DNA,引发活性氧积累并对植物造成损伤。蔓菁(Brassica rapa?var.?rapa)是青藏高原及其周边高海拔地区传统种植的十字花科作物,中国科学院昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应专题组已经成功建立了蔓菁基因原位杂交技术(相关链接)和基因编辑体系(相关链接),并获得了高质量基因组(相关链接),使蔓菁成为研究植物如何适应青藏高原极端环境的理想材料。     专题组在拉萨利用同质园实验比较了两个地方品种(KTRG-B48a和KTRG-B48b)的高原适应性,发现KTRG-B48b的块根鲜重和花青素含量均显著高于KTRG-B48a(图1)。室内UV-B处理后,两个品种差异表达基因的表达模式明显不同,其中KTRG-B48b的花青素生物合成途径相关基因被快速激活。花青素具有清除活性氧的能力,通过比较UV-B处理后两个地方品种的活性氧含量,发现KTRG-B48b的过氧化氢和超氧化物的含量显著低于KTRG-B48a。进一步分析发现UV-B处理后KTRG-B48b的茉莉酸含量高于KTRG-B48a,表明茉莉酸同样能提高植物对UV-B辐射的耐受性(图2),然而UV-B如何激活茉莉酸合成仍不明确。专题组利用生物化学与分子生物学技术并结合遗传学分析,发现二聚体的UVR8蛋白被UV-B激活后形成单体进入细胞核直接结合TCP4,增强了TCP4结合茉莉酸合成关键基因LOX2启动子的能力并促进了LOX2表达,进而提高了茉莉酸含量并进一步激活了花青素合成通路(图3),最终增强了植物对UV-B辐射的耐受性。     以上结果为理解植物如何适应青藏高原强紫外辐射提供了新的理论参考,并以Comparative transcriptome analysis reveals the complex molecular mechanisms underlying UltravioletB tolerance in?Brassica rapa?var.?rapa为题在线发表在Journal of Plant Growth Regulation和以UVR8-TCP4-LOX2 module regulates UV-B tolerance in Arabidopsis为题在线发表在Journal of Integrative Plant Biology。