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青藏高原的平均海拔超過了4000米，是全世界海拔最高、面積最大的高原，強烈的紫外輻射是高原環(huán)境的典型特征之一，但植物適應UV-B輻射的分子機制仍需要進一步解析。低劑量的UV-B輻射是一種環(huán)境信號，植物的紫外受體UVR8蛋白感受并起始UV-B誘導的植物光形態(tài)建成進而調(diào)控植物發(fā)育；強UV-B會破壞DNA，引發(fā)活性氧積累并對植物造成損傷。蔓菁（Brassica rapa?var.?rapa）是青藏高原及其周邊高海拔地區(qū)傳統(tǒng)種植的十字花科作物，中國科學院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應專題組已經(jīng)成功建立了蔓菁基因原位雜交技術(shù)（相關(guān)鏈接）和基因編輯體系（相關(guān)鏈接），并獲得了高質(zhì)量基因組（相關(guān)鏈接），使蔓菁成為研究植物如何適應青藏高原極端環(huán)境的理想材料。

專題組在拉薩利用同質(zhì)園實驗比較了兩個地方品種（KTRG-B48a和KTRG-B48b）的高原適應性，發(fā)現(xiàn)KTRG-B48b的塊根鮮重和花青素含量均顯著高于KTRG-B48a（圖1）。室內(nèi)UV-B處理后，兩個品種差異表達基因的表達模式明顯不同，其中KTRG-B48b的花青素生物合成途徑相關(guān)基因被快速激活?；ㄇ嗨鼐哂星宄钚匝醯哪芰Γㄟ^比較UV-B處理后兩個地方品種的活性氧含量，發(fā)現(xiàn)KTRG-B48b的過氧化氫和超氧化物的含量顯著低于KTRG-B48a。進一步分析發(fā)現(xiàn)UV-B處理后KTRG-B48b的茉莉酸含量高于KTRG-B48a，表明茉莉酸同樣能提高植物對UV-B輻射的耐受性（圖2），然而UV-B如何激活茉莉酸合成仍不明確。專題組利用生物化學與分子生物學技術(shù)并結(jié)合遺傳學分析，發(fā)現(xiàn)二聚體的UVR8蛋白被UV-B激活后形成單體進入細胞核直接結(jié)合TCP4，增強了TCP4結(jié)合茉莉酸合成關(guān)鍵基因LOX2啟動子的能力并促進了LOX2表達，進而提高了茉莉酸含量并進一步激活了花青素合成通路（圖3），最終增強了植物對UV-B輻射的耐受性。

以上結(jié)果為理解植物如何適應青藏高原強紫外輻射提供了新的理論參考，并以Comparative transcriptome analysis reveals the complex molecular mechanisms underlying UltravioletB tolerance in?Brassica rapa?var.?rapa為題在線發(fā)表在Journal of Plant Growth Regulation和以UVR8-TCP4-LOX2 module regulates UV-B tolerance in Arabidopsis為題在線發(fā)表在Journal of Integrative Plant Biology。

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圖1?蔓菁B48a和B48b表型圖

圖2?花青素和茉莉酸調(diào)控植物耐UV-B輻射的工作模式圖

圖3 UVR8-TCP4-LOX2調(diào)控植物耐UV-B輻射的工作模式圖