逆境馴化(stress acclimation)迫使植株體迅速做出信號感知、信號轉導及轉錄調控以減輕脅迫對植株的傷害,一旦逆境脅迫消除后,大部分信號和基因轉錄水平會恢復到植物本底水平,而有一部分逆境信號和基因表達會被植物體記住,即獲得逆境記憶(stress memory),這種逆境記憶部分會遺傳給后代,當再次暴露于此前逆境環境,逆境記憶會迅速被激活,基因序列沒有發生改變,但是基因表達水平發生了改變,從而增強馴化植株耐逆能力。
在中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室草坪種質資源學學科組傅金民研究員的指導下,胡濤博士利用本課題組構建的多年生黑麥草耐鹽SSH基因數據庫,篩選鑒定受鹽脅迫誘導的特異基因,并利用建立的馴化模式篩選獲得具有transcriptional memory的馴化基因2個(PBSP, sucs),非馴化基因2個(CAT, uccrc)。逆境馴化后,馴化基因的transcriptional memory可以持續4天。在馴化基因的stress memory作用下,馴化植株耐鹽能力顯著增強,主要表現于:更低的EL,以及H2O2 and O2.?活性氧富集水平。利用GC-MS對馴化植株根葉組織次生代謝物質進行檢測,發現逆境馴化主要改變糖類物質的富集變化。馴化植株糖類物質顯著變化與馴化基因轉錄水平一致。推測逆境馴化主要是通過增強部分馴化基因的轉錄水平,進而改變相關代謝物質的富集水平,最終提高植株耐逆能力。
該研究獲得國家自然科學基金(Grant #: 31470363; 31272194; 31201653)和中科院中非聯合中心科教項目(No. SAJC201325)的支持。相關研究結果在植物學國際期刊Physiologia Plantarum上在線發表(doi:10.1111/ppl.12342)。
逆境馴化誘導植株次生代謝產物變化
(a)代謝產物在不同處理時間點和組織中的維恩圖分析;(b)不同代謝產物在馴化植株 (Tr)和非馴化植株(NTr)差異表現
馴化基因和非馴化基因的轉錄水平分析(S0-R4為馴化階段)
逆境馴化增強植物耐鹽能力的模型分析