逆境記憶(stress memory)是生物體應對逆境環境后在體內形成的調控信號。逆境脅迫消除后,在逆境記憶的作用下,這些逆境信號會被植物體記住。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,啟動相關信號轉導及轉錄調控,從而增強馴化植株耐逆能力。
高羊茅(Festuca arundinacea)又名葦狀羊茅,隸屬禾本科,是主要的冷季型牧草和草坪草,在我國北部及長江流域氣候過渡區廣泛建植應用。高羊茅地上部最適宜生長溫度是15-24 ℃,根系為10-18 ℃。近年來我國一些地區夏季經常出現異常高溫天氣,極端溫度達到40 ℃以上,且持續時間較長,導致高羊茅觀賞品質和使用價值降低,甚至死亡。高溫脅迫已成為高羊茅在我國南方地區發展的主要限制因子。
胡濤博士在傅金民研究員的指導下,以課題組篩選鑒定的耐熱高羊茅(PI 574522)和熱敏感高羊茅(PI 512315)為材料,利用建立的逆境馴化模式對植株進行前期處理。與直接暴露40℃高溫處理組相比,逆境馴化后兩個高羊茅種質材料耐熱能力顯著增強,表現為草坪質量增加,EL值降低。進一步研究發現,逆境馴化主要抑制了PSII反應中心(PSII RC)能量流傳遞和OJIP相的下降,增加了葉片中4個有機酸,8個糖類物質,5個氨基酸和一個有機酸的含量。另外,我們對從NCBI數據中克隆的29個受高溫誘導的熱激蛋白基因轉錄水平進行檢測,發現1個低分子量(LMW-HSP)和1個高分子量(HMW-HSP)熱激蛋白基因在第二次高溫馴化后表現出比第一次高溫馴化更高的轉錄水平,而去除逆境馴化表達水平能迅速恢復到初始水平,具有transcriptional memory,我們稱為馴化基因。
該研究獲得國家自然科學基金(Grant #: 31470363; 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Frontiers in Plant Science上在線發表(doi: 10.3389/fpls.2015.00403)。
逆境馴化對高羊茅葉綠素熒光OJIP相的影響
馴化基因和非馴化基因在逆境馴化階段的轉錄水平(S0-R4為馴化階段)