《研究发现植物可通过恒定叶片生长和衰老时间比例适应气候变化》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-06-27
  •     合理的时间分配是推动个人与社会进步的主观能动行为。对植物而言,这种时间分配策略可能在漫长的进化过程中通过自然选择形成。然而,长期以来,生态学研究更多关注植物在物质资源方面的利用策略,如碳、水、养分的分配,而对时间资源的利用策略缺乏认识。

        中国科学院青藏高原研究所生态系统功能与全球变化团队发现,尽管气候变暖引起生长季节延长,但植被仍能够保持叶片生长和衰老时间的稳定平衡。该研究利用卫星和地面观测数据,揭示了2001年到2020年超过83%的北方生态系统中的植被依然保持绿叶生长和衰老期的时间分配稳定性。这对于探索植被如何通过资源分配应对全球变化,以维持生态系统的结构和功能稳定具有科学意义。

        该研究以植被叶片生长和衰老间的时间分配为案例,测试了两种可能的植被物候时间分配方式——随着气候变化调整的最优时间分配、无论气候如何变化均保持稳定的恒定时间分配。该研究支持恒定的时间分配策略。同时,不同数据源和方法的验证分析为北方生态系统中恒定时间分配策略提供了证据。

    研究发现,相对于叶片衰老期,北方生态系统的叶片生长期较长。在北半球,二者的时间分配比值约为1.27。此外,时间分配在空间上存在海拔依赖性。在青藏高原等高海拔区域,这一比值随海拔增高而增加。

        进一步,该研究剖析了驱动这一时间分配策略的机制,发现了早期物候事件对后续事件有正向传递效应。也就是说,较长的叶片生长期导致较长的衰老期,从而保持两者的比例一致。

    该研究提出,未来继续监测植物在不同时空尺度的时间分配特征并完善这一理论框架,可以进一步探讨其对生态系统结构和功能稳定性的影响。

        相关研究成果以Consistent time allocation fraction to vegetation green-up versus senescence across northern ecosystems despite recent climate change为题发表在《科学进展》(Science Advances)上。研究工作得到国家自然科学基金委员会与西藏自治区联合重点研究基金项目、中国科学院战略性先导科技专项(A类)等的支持。

  • 原文来源:http://www.cas.cn/syky/202406/t20240621_5022304.shtml
相关报告
  • 《武汉植物园在草坪草响应高温胁迫及高温诱导叶片衰老的分子机制研究中取得进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-09-23
    • 高羊茅是绿期相对较长、应用最广泛的冷季型草坪草之一,其适宜生长温度为15-25℃,较高的温度会导致叶片提前衰老,严重影响高羊茅的草坪质量及观赏价值。然而,随着温室效应日益加剧,我国长江中下游地区夏季经常出现38℃以上极端高温,且持续时间较长。夏季高温伤害被认为是利用和推广高羊茅的主要限制因子。因此,研究高羊茅应答高温胁迫的分子机理,可为培育耐高温品种提供科学依据,使四季常绿草坪草成为可能。 高羊茅为异源六倍体,基因组庞大且复杂,目前仍未有参考基因组信息,而二代转录组的读长缺陷易导致高羊茅基因的拼接不准确,严重阻碍了高羊茅响应高温分子机理的研究。因此,本研究利用三代结合二代转录组测序,对‘猎狗5号’短期高温(38℃,1h)、长期高温(38℃/33℃,72h)和自然衰老的叶片进行转录组分析。结果发现(图1),短期高温显著诱导大量热激蛋白(HSPs)和热激转录因子(HSFs)的表达,约占差异基因的一半,并特异性的诱导FK506结合蛋白(FKBPs),钙信号通路相关基因、谷胱甘肽S-转移酶基因(GSTs),光合作用相关基因及植物激素信号转导基因的表达。与短期高温不同,长期高温仅诱导了少量HSPs和HSFs的表达,且51.67%的长期高温响应基因与衰老响应基因重叠,包括上调表达的叶绿素代谢基因、植物激素合成及降解基因、胁迫相关基因及NAC转录因子,和下调表达的光合作用相关基因、FK506结合蛋白和过氧化氢酶(CAT)。随后,分别对瞬时转化短期高温特异诱导的FaHsFA2a及长期高温和衰老共同诱导的FaNAC029和FaNAM-B1的烟草进行高温处理,发现与对照相比,过表达FaHsFA2a显著降低高温引起的细胞膜损害,而过表达FaNAC029和FaNAM-B1加重了热处理条件下烟草细胞膜的损坏。此外,我们发现大量响应高温胁迫及衰老的基因发生了可变剪切(AS),包括HSPs、HSFs和激素合成及信号转导基因。基于以上结果,我们推测短期高温通过激活热响应基因的表达提高高羊茅的耐高温能力,而长期高温引发衰老相关基因的表达,导致高羊茅叶片的提前衰老。研究结果为探究高羊茅响应高温胁迫及高温诱导的衰老分子机制提供了基本信息,也为高羊茅耐高温育种提供了候选基因。 研究成果以“SMRT and Illumina RNA sequencing reveal novel insights into the heat stress response and crosstalk with leaf senescence in tall fescue”为题,发表于国际学术期刊《BMC Plant Biology》。该研究由深圳大学、中国科学院武汉植物园及中南民族大学共同合作完成,武汉植物园曹丽雯博士为共同第一作者,陈良研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程项目、中国科学院科技扶贫专项和中国科学院先导专项等资助。
  • 《Nature子刊:发现抗衰老的关键靶标》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-07-04
    • 在一项新的研究中,来自美国马歇尔大学琼-爱德华兹医学院的研究人员证实Na/K-ATP酶氧化扩增环(Na/K-ATPase oxidant amplification loop, NAKL)密切地参与衰老过程,而且可能作为抗衰老干预的靶标。他们也能够成功地证实pNaKtide(一种合成肽)在改善受损的生理功能和疾病产生方面的治疗潜力。相关研究结果于2018年6月26日在线发表在Scientific Reports期刊上,论文标题为“The Na/K-ATPase Oxidant Amplification Loop Regulates Aging”。 论文通信作者、马歇尔大学琼-爱德华兹医学院院长Joseph I. Shapiro医学博士说,“我对这篇论文所涉及的研究感到非常兴奋。我认为我们的团队不仅提示着我们的同事Zijian Xie博士发现的NAKL参与衰老过程,而且还鉴定出一种新的治疗靶标和一种实际上减缓衰老过程的特定药物策略。虽然在我们能够在人类受试者中测试这些概念之前还有一段时间,但是我对最终开展的临床治疗持谨慎乐观态度。” 在这项长达一年的研究中,Shapiro团队首先关注通过摄入西方饮食刺激氧化应激的老年小鼠。西方饮食促进这些小鼠产生衰老的功能和结构迹象,然而往西方饮食加入拮抗NAKL 的pNaKtide减缓了它们中发生的这些变化。随后,当人皮肤成纤维细胞在体外暴露于不同类型的氧化应激时,同样的结果发生了:激活NAKL,增加衰老标志物的表达和导致细胞损伤。通过pNaKtide处理,这些研究人员证实在人皮肤成纤维细胞中,与衰老相关的负面特征受到显著抑制。 论文第一作者、马歇尔大学琼-爱德华兹医学院外科与生物医学科学副教授Komal Sodhi医学博士说,“我们的数据清晰地提示着NAKL密切地参与衰老过程,而且如果在人类研究中得到证实的话,它可能最终起着一种治疗靶标的作用。如果pNaKtide能够安全地用于人体中,那么就有可能研究利用这种合成肽治疗临床衰老的问题。”