《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。

  • 原文来源:https://www.ebiotrade.com/newsf/2024-1/20240116063929847.htm
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  • 《昆明植物所在菟丝子介导的寄主间系统性磷信号研究方面取得新进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-11-21
    •     磷是植物生长发育所需的重要元素,除了直接通过根系从土壤获取,植物还通过与土壤微生物包括丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)以及植物根际的细菌群落的相互作用来获取磷。AMF的定殖以及根际细菌群落的组成和功能受到植物本身的磷信号系统的调控,其中miR399(一类小RNA)和独角金内酯(strigolactones)信号途径都参与植物中磷信号的传递。寄生植物菟丝子可以同时寄生邻近的两个甚至多个寄主植物(包括亲缘关系较远的寄主植物),建立菟丝子连接的植物群体(dodder-connected plants cluster)。在这个群体里,菟丝子可能介导不同寄主间系统性信号的传递。然而,菟丝子是否会在不同寄主之间传递磷饥饿引起的系统信号,进而影响寄主植物根部与AMF的共生以及根际细菌群落尚不清楚。     中国科学院昆明植物研究所吴建强研究团队的最新研究结果表明,对菟丝子连接体系中的一株寄主植物进行缺磷处理,能够显著提高菟丝子相连的另一株不缺磷的寄主植物根部的AMF定殖效率,并且在烟草-菟丝子-烟草连接体系和黄瓜-菟丝子-烟草的连接体系中有同样的结果,说明菟丝子介导保守的系统性磷信号传递,从而促进相连寄主的AMF定殖效率。团队利用遗传学分析,发现miR399和独脚金内酯信号途径负调控菟丝子介导的烟草植株间系统性磷信号传递,影响信号接收烟草植株的AMF定殖效率,以及根际细菌的丰度和群落功能。转录组分析发现,miR399和独角金内酯信号途径共同调控的信号接收植株中的差异基因中部分基因参与转录调控和酶活等生物功能。     通过miR399的茎环反转录和二代测序发现,缺磷处理信号发射者植株促进miR399在菟丝子连接体系中的烟草寄主和菟丝子之间移动。进一步发现,在缺磷处理的烟草植物中,独角金内酯途径可能位于miR399的上游,抑制缺磷诱导的miR399的表达。     该研究从植物营养和系统性信号角度揭示了菟丝子连接的植物群体中菟丝子的生理学和生态学意义,对于理解菟丝子传递的磷相关系统性信号、植物与AMF和根际细菌群落互作以及营养吸收,具有较好的理论意义。
  • 《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。