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科研進(jìn)展

李唯奇研究組在植物適應(yīng)低溫的機(jī)制研究中取得新進(jìn)展

文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫  |  發(fā)布時間:2016-03-25  |  作者:鄭國偉  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  低溫是限制植物地理分布、生長發(fā)育和作物產(chǎn)量的重要環(huán)境因素。溫帶的植物可以抵抗凍害(零下低溫)脅迫,而寒害(零上低溫)就可能導(dǎo)致熱帶植物的死亡。膜脂分子是細(xì)胞膜的主要組成部分,通過改變膜脂分子的組成和含量進(jìn)而調(diào)節(jié)膜系統(tǒng)的流動性和完整性,是植物適應(yīng)溫度變化最重要和最基礎(chǔ)的方式。然而,具有不同低溫耐受性的植物膜脂組成的異同及其在低溫響應(yīng)過程中膜脂的變化規(guī)律還不清楚。 

  中國科學(xué)院昆明植物研究所李唯奇研究員的指導(dǎo)下,鄭國偉博士和李麗霞合作,通過凍害?6 °C?12°C與冷害(10°C4°C)分別處理擬南芥和水稻,研究了兩種植物膜脂在低溫誘導(dǎo)的傷害過程中的變化模式。研究發(fā)現(xiàn),擬南芥膜脂的飽和度以及脂肪酸碳鏈長度均顯著低于水稻,這一特性使得擬南芥在低溫下很好的保持膜的流動性。擬南芥膜脂組成中糖脂的含量要高于水稻,而高熔點(diǎn)磷脂酰肌醇(PG)分子含量要低于水稻。由于糖脂與PG是葉綠體膜的主要脂類,擬南芥的膜脂組成的特點(diǎn)利于其在低溫下綠體膜的完整性的保持。低溫處理過程中,磷脂酸(PA)和磷脂酰肌醇(PI)可能在兩種植物響應(yīng)過程中起到信號分子作用。在擬南芥與水稻中,低溫誘導(dǎo)的PA含量的增加可能起到雙重作用:在非致死低溫處理過程中,PA起到信號分子作用,誘導(dǎo)植物的抗性;在致死低溫處理過程中,PA起到結(jié)構(gòu)分子作用,其大量積累后不能清除,會導(dǎo)致膜的完整性的破壞。 

  該研究對于揭示植物不同低溫抗性的微觀機(jī)制具有重要意義,也為抗低溫農(nóng)作物的育種提供重要的理論依據(jù)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(31401313,30670474),中科院西部博士項(xiàng)目的支持。研究結(jié)果以Glycerolipidome responses to freezing- and chilling-induced injuries: examples in Arabidopsis and rice為題在線發(fā)表于植物學(xué)著名雜志 BMC Plant Biology (2016, 16:70, DOI: 10.1186/s12870-016-0758-8)上,文章鏈接:http://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-016-0758-8 

  1 水稻與擬南芥在不同低溫處理過程中膜脂變化模式。C表示處理前,T表示處理后的樣品,R1,R3分別表示處理后恢復(fù)1天和3天后的樣品。 

    

  2 PA的相對含量(mol%)在低溫處理過程中的變化。插圖表示PA在低溫處理過程中的雙重作用。紅線,擬南芥(?12°C);黑線,水稻(4°C);綠線,擬南芥( ?6 °C);藍(lán)線,水稻(10°C)。 


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