欄目
首頁 > 科研動態 > 科研進展

昆明植物所在滇重樓根莖休眠打破和多芽形成機理研究中取得進展

 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。滇重樓適應云南干濕兩季的氣候,雨季來臨前后根莖發芽;旱季里地上部分枯萎、根莖進入休眠。滇重樓具有多芽現象,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的生物量積累。

  赤霉素(Gibberellic acid)是公認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胞分裂素打破休眠后促進莖段伸長。近日,中國科學院昆明植物研究所李唯奇團隊,利用前期建立的滇重樓組織培養體系,研究了植物激素對滇重樓地上部分發生的調控作用,并在解剖與轉錄調控方面討論了多芽植株的發生過程。結果顯示:滇重樓根莖的休眠和萌發由赤霉素/脫落酸的比例決定。外源添加赤霉素可以打破休眠,促進根莖萌發。這一機制與種子的休眠和萌發調控機制類似。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達到7.2/每根莖。GA3誘導的多芽是頂芽的重復從頭發生(de novo organogensis),這些芽是由本時代的分生組織分化,本應該在下一個生長季萌發的(圖3)。內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源生長素、細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)。在轉錄調控水平上,單芽和多芽根莖中共享了較少的表達差異基因,并表現出不同的激素相關基因的表達模式(圖5)。本研究對理解地下芽植物(geophytes)的休眠和萌發調控機制,生態適應性具有重要意義。本研究也為地下芽植物的離體培養途徑提供了新思路。上述研究成果以“Gibberellin A3 induces polyaerial shoot formation and increases the propagation rate in Paris polyphylla rhizomes”為題,在線發表在農業工程領域雜志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基金(31770375),云南省應用基礎研究項目(2017AB001、2017FB057), 中國西南野生生物種質資源庫“交叉合作團隊”開放研究項目,云南地方學院聯合基金(2018FH001-029),云南省重點研發計劃(2019ZF011-2) 項目的資助。
   
圖1 對照(C)和10 mg/L GA3處理下滇重樓根莖的發芽率
圖2  頂芽的數量均隨GA3濃度的增加而顯著增加

圖3  休眠、單芽和多芽根莖的組織學結構比較。(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,藍色箭頭表示地上莖。


圖4 滇重樓休眠、單芽和多芽根莖中內源激素的濃度


圖5  休眠、單芽與多芽植株中生長素,赤霉素,細胞分裂素和脫落酸相關基因表達的聚類分析

TOP caoprom超碰公开,caoprom超碰公开,国产97人人超碰caoprom,超碰97人人做人人爱