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中國科學(xué)院昆明植物研究所
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科研進(jìn)展

昆明植物所在滇重樓根莖休眠打破和多芽形成機(jī)理研究中取得進(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:2021-04-22  |  作者:王沐蘭  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  滇重樓(Paris polyphyllaSmith var.yunnanensis)是黑藥花科重樓屬植物,其根莖入藥,是“云南白藥”等中成藥的主要原料。滇重樓是一種多年生宿根植物,其地下根莖是多年生儲藏器官,地上部分為一年生。滇重樓適應(yīng)云南干濕兩季的氣候,雨季來臨前后根莖發(fā)芽;旱季里地上部分枯萎、根莖進(jìn)入休眠。滇重樓具有多芽現(xiàn)象,即單個根莖分化出多個地上部分。分化多芽的能力在不同品系之間存在差異。多芽的分化可以大幅度的增加地上部分的生物量,從而增加根莖在生長季有限時間內(nèi)的生物量積累。

  赤霉素(Gibberellic acid)是公認(rèn)的打破種子休眠的激素,但是其在根莖休眠中的作用是有爭議的。赤霉素可以打破馬鈴薯、劍蘭、大蒜和郁金香的休眠。然而,其他研究表明其作用是在細(xì)胞分裂素打破休眠后促進(jìn)莖段伸長。近日,中國科學(xué)院昆明植物研究所李唯奇團(tuán)隊,利用前期建立的滇重樓組織培養(yǎng)體系,研究了植物激素對滇重樓地上部分發(fā)生的調(diào)控作用,并在解剖與轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面討論了多芽植株的發(fā)生過程。結(jié)果顯示:滇重樓根莖的休眠和萌發(fā)由赤霉素/脫落酸的比例決定。外源添加赤霉素可以打破休眠,促進(jìn)根莖萌發(fā)。這一機(jī)制與種子的休眠和萌發(fā)調(diào)控機(jī)制類似。赤霉素不僅能打破根莖休眠,而且能激活分生組織形成多個頂芽(圖1和圖2)。在離體條件下,20 mg/L GA3處理的根莖平均頂芽數(shù)達(dá)到7.2/每根莖。GA3誘導(dǎo)的多芽是頂芽的重復(fù)從頭發(fā)生(de novo organogensis),這些芽是由本時代的分生組織分化,本應(yīng)該在下一個生長季萌發(fā)的(圖3)。內(nèi)源激素含量分析顯示,GA3的施用并不會或只能輕微地改變內(nèi)源生長素、細(xì)胞分裂素和脫落酸的濃度,但根莖中GA3和GA1的含量顯著增加(圖4)。在轉(zhuǎn)錄調(diào)控水平上,單芽和多芽根莖中共享了較少的表達(dá)差異基因,并表現(xiàn)出不同的激素相關(guān)基因的表達(dá)模式(圖5)。本研究對理解地下芽植物(geophytes)的休眠和萌發(fā)調(diào)控機(jī)制,生態(tài)適應(yīng)性具有重要意義。本研究也為地下芽植物的離體培養(yǎng)途徑提供了新思路。上述研究成果以“Gibberellin A3 induces polyaerial shoot formation and increases the propagation rate in Paris polyphylla rhizomes”為題,在線發(fā)表在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域雜志Industrial Crops and Products上,博士研究生王沐蘭為該論文的第一作者,李唯奇研究員和種子生物學(xué)研究組林亮博士為共同通訊作者。 
  該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金(31770375),云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2017AB001、2017FB057), 中國西南野生生物種質(zhì)資源庫“交叉合作團(tuán)隊”開放研究項目,云南地方學(xué)院聯(lián)合基金(2018FH001-029),云南省重點研發(fā)計劃(2019ZF011-2) 項目的資助。
   
對照(C)和10 mg/L GA3處理下滇重樓根莖的發(fā)芽率
2  頂芽的數(shù)量均隨GA3濃度的增加而顯著增加

3  休眠、單芽和多芽根莖的組織學(xué)結(jié)構(gòu)比較。(A)顯微鏡圖像。(B)石蠟切片圖片。

紅色箭頭表示頂芽,黑色箭頭表示腋芽,綠色箭頭表示鱗片,藍(lán)色箭頭表示地上莖。


滇重樓休眠、單芽和多芽根莖中內(nèi)源激素的濃度


5  休眠、單芽與多芽植株中生長素,赤霉素,細(xì)胞分裂素和脫落酸相關(guān)基因表達(dá)的聚類分析

(責(zé)任編輯:李雪)

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