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中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所
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科研進(jìn)展

昆明植物所在種子生物學(xué)研究上取得重要進(jìn)展

文章來源:中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)  |  發(fā)布時(shí)間:2017-04-12  |  作者:陳虹穎  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  種子經(jīng)過脫水進(jìn)入休眠,植物以此性狀躲避自然界中的不利環(huán)境,延續(xù)后代;人類利用此性狀來長(zhǎng)期保藏種子,延續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。種子的脫水耐受性,即種子脫水后能否保持活力,具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)應(yīng)用價(jià)值;種子脫水耐受性的的成因和機(jī)理,一直是種子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。據(jù)估計(jì)7 - 25%的非熱帶植物所產(chǎn)生的種子不耐受脫水,而在熱帶植物中,該比例高達(dá)48%,這些植物大都是建群種或重要的經(jīng)濟(jì)植物,比如可可、咖啡、茶等,由此使得這些植物的種子保藏成為世界性難題。雖然在過去的40年里,有大量研究探討了種子不耐脫水的生理及生化現(xiàn)象,但由于缺乏分子遺傳學(xué)和亞細(xì)胞水平上的證據(jù),加之種子脫水耐受性與植物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性低,到目前種子脫水耐受性的分子機(jī)制還沒未被揭示。 

  近日,中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所陳虹穎博士等人在李唯奇研究員的指導(dǎo)下,選擇了7個(gè)科的8個(gè)物種(涵蓋了種子脫水耐受性的所有類型,代表了約20 %的植物種類)、對(duì)種子的胚和子葉分別進(jìn)行脂類組學(xué)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在脫水誘導(dǎo)的磷脂酸(PA)的升高與種子的活力密切相關(guān);半定量的模型揭示,細(xì)胞膜中PA含量超過6%將會(huì)導(dǎo)致萌發(fā)率低于50%。通過對(duì)模式植物擬南芥種子的“干-濕循環(huán)”處理來模擬脫水耐受性喪失的過程,發(fā)現(xiàn)PA的升高產(chǎn)生于磷脂酶Dα1水解膜脂的反應(yīng);分子遺傳學(xué)方法抑制磷脂酶Dα1表達(dá)后,PA升高趨勢(shì)受到抑制,種子耐受脫水的能力得到提高;利用磷脂酶Dα1特異的抑制劑處理后,改善了種子的脫水耐受性。這些證據(jù)說明了PA升高是種子喪失脫水耐受性的原因。深入研究還發(fā)現(xiàn),脫水使得磷脂酶Dα1表達(dá)量升高、由胞質(zhì)向細(xì)胞膜移動(dòng),抑制磷脂酶Dα1提高了細(xì)胞對(duì)脫水的耐受性,這些證據(jù)描述了PA升高導(dǎo)致種子喪失脫水耐受性的微觀過程。該研究認(rèn)為,脫水使得種子細(xì)胞中磷脂酶Dα1表達(dá)增加并由胞質(zhì)向膜移動(dòng),催化水解膜脂產(chǎn)生PA,PA的高含量使得細(xì)胞膜形成胞質(zhì)滲漏的“洞”,胞質(zhì)的滲漏最終使種子失去活力。如果在脫水過程中胞質(zhì)形成玻璃化的固態(tài),則阻止了磷脂酶Dα1移動(dòng)和PA的生成,維持了細(xì)胞膜的完整性,種子得以保持活力。該研究揭示了磷脂酶α1介導(dǎo)的磷脂酸升高,是脫水導(dǎo)致的種子活力喪失的決定性因素?! ?span>    

  上述研究成果以“PhospholipaseDα1-mediated phosphatidic acid change is a key determinant of desiccation-induced viability lossin seeds.為題在線發(fā)表在植物學(xué)領(lǐng)域前5% 的雜志于Plant, Cell and Environment。該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助和中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)的支持。 

  文章鏈接 

1. 決定種子形成不同儲(chǔ)藏特性的分子機(jī)制

 


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