首页 >> 科学研究 >> 新闻动态 >> 正文
科研动态 | 红树植物秋茄白化繁殖体形成的分子与遗传机制
发布时间:2022年07月13日 点击数:

最近,我院李庆顺教授课题组在国际知名期刊Tree Physiology上在线发表了题为“Plastid development of albino viviparous propagules in the woody mangrove species of Kandelia obovata”的研究论文,首次从生理、亚细胞、遗传、转录组和基因组等水平上分析红树植物秋茄胎生繁殖体质体发育机制,从分子水平解析了白化繁殖体形成机理,为非模式物种红树植物的遗传研究提供了新的方法,同时也为育林、生态恢复中选择合适的胎生红树植物繁殖体提供理论基础。

研究背景

红树林生态系统对滨海湿地的蓝碳和生态保护有重要意义。但是对于红树植物在分子和遗传层面的研究还远远落后。秋茄(Kandelia obovata)是一种常见的胎生红树植物,具有独特的发育方式,即种子不经过休眠,直接在母树上萌发而形成成熟的繁殖体。已经发现,繁殖体存活率与其颜色(棕色、绿色和白化)与存在相关性。在造林实践中,棕色或绿色繁殖体因被观察到成苗快而成为首选,但是其后的成因还未被探明。同时,木本植物,尤其是非模式植物红树,控制不同繁殖体颜色质体发育的分子机制尚不清楚。

木本植物遗传学研究周期长、研究材料与资源极度匮乏,亟待通过可行的组学方法予以拓展。本研究旨在开发红树及其他木本植物的遗传资源,为了解其生态功能背后的作用机制提供新方法与思路,也为是否选择棕色或绿色繁殖体提供理论依据。


研究结果

通过野外观察,在正常的绿色和棕色繁殖体中发现了罕见的白化繁殖体。亚细胞电镜观察表明,白化繁殖体叶片中只有白色体;生理测验表明其光合速率低,叶绿素a/b和类胡萝卜素含量显著降低,但超氧化物歧化酶活性增加。为了揭示控制白化质体发育的关键候选基因,对白化繁殖体和绿色繁殖体进行了全基因组关联研究(GWAS)。通过对30个繁殖体进行全基因组DNA测序分析,结果显示有25个显著的单核苷酸多态性位点(SNPs)与白化繁殖体发育相关,其中最显著的SNP位点位于1号和5号染色体上。

通过将转录组数据和GWAS数据相结合比较,结果显示,显著差异表达基因主要参与卟啉和叶绿素代谢、类胡萝卜素和类黄酮生物合成等通路。特别是编码转录因子的基因KoDELLAs和编码查尔酮合成酶的基因KoCHS可能在促进叶绿素降解的同时,通过减弱叶绿素和类黄酮生物合成途径,进而在调控白化繁殖体质体发育中发挥重要作用。超氧化物歧化酶表达及活性增加又加剧了叶绿素降解。这些都最后导致白化繁殖体的产生。

另外,棕色繁殖体生长的叶片在亚细胞水平上显示有更多的能量(淀粉粒)储存,种植后发叶较快,但之后的优势并不强,在实验室条件下生长速率与绿色繁殖体基本持平。因此,用绿色繁殖体造林也是很好的选择。

图1 用于遗传分析的秋茄繁殖体的表型。

A 三种颜色繁殖体(下胚轴);B- C,在光下由白化繁殖体产生的白化或黄绿嵌合叶;

D-E 在光下长出的绿色与棕色繁殖体苗;F 绿色繁殖体在暗中长出白化苗。

图2 控制白化繁殖体质体发育的可能机制


研究团队

论文第一作者为我院在读博士研究生郝赛琦,已毕业硕士生胡伟和我院叶从庭助理教授、沈英嘉教授也参与了该研究,论文通讯作者为李庆顺教授。该研究得到了国家重点研发计划项目的资助。


论文来源:Hao S, Hu W, Ye C, Shen Y, Li QQ. Plastid development of albino viviparous propagules in woody mangrove Kandelia obovata. Tree Physiol. 2022 Jun 16: tpac063. doi: 10.1093/treephys/tpac063. Epub ahead of print. PMID: 35708522.


文、图 | 郝赛琦

责任编辑 | 李庆顺




Top