近日,內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉景輝教授團隊在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》期刊上發(fā)表題為“Leaf Position-Specific Photosynthetic and Metabolic Adaptations Underpin Saline-Alkali Stress Tolerance in Oats (Avena sativa L.)”的研究成果。博士后李星巖為第一作者,劉景輝教授為論文通訊作者。
研究團隊首次從葉位功能異質(zhì)性的創(chuàng)新視角切入,聚焦不同葉位葉片在鹽堿脅迫下的光合響應(yīng)、代謝調(diào)控差異開展系統(tǒng)研究,解答了燕麥鹽堿脅迫耐受過程中組織特異性響應(yīng)機制的科學(xué)問題。團隊以耐鹽堿燕麥品種“壩莜14號”和敏感品種“迪燕5號”為研究材料,整合多組學(xué)測序與生理表型分析,系統(tǒng)揭示了不同葉位葉片對鹽堿脅迫的特異性適應(yīng)機制。
研究團隊通過葉片切除實驗首次證實,上位葉(L3)的功能保留是鹽堿脅迫下燕麥存活的核心決定因素:切除L3的耐鹽堿品種植株在處理后13天內(nèi)全部死亡,而切除下位葉(L1)的植株存活率與完整植株無顯著差異。
![]()
生理測定結(jié)果顯示,鹽堿脅迫下L3的光合功能受損程度顯著低于L1,L1的凈同化率下降35.82%,而L3僅下降16.71%。氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素含量均保持在更高水平,耐鹽堿品種的整體光合穩(wěn)定性顯著優(yōu)于敏感品種。進一步的驅(qū)動機制分析表明,鹽堿敏感品種兩類葉片的光合抑制原因存在本質(zhì)差異:L1的光合衰退以不可逆的非氣孔限制為主,主要由葉綠體結(jié)構(gòu)破壞、光合核心酶活性大幅下降等內(nèi)部損傷導(dǎo)致;而L1的光合抑制以可逆的氣孔限制為主,僅通過氣孔適度關(guān)閉減少水分蒸發(fā)和鹽堿離子侵入,光合核心系統(tǒng)未受到實質(zhì)性破壞,這也是上部葉支撐植株在鹽堿環(huán)境下存活的關(guān)鍵特性。
多組學(xué)聯(lián)合分析表明,這種葉位特異性的抗性差異由光合途徑、抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環(huán)和三羧酸(TCA)循環(huán)的協(xié)同調(diào)控決定:上部葉片的卡爾文循環(huán)、光系統(tǒng)基因表達更穩(wěn)定,AsA-GSH循環(huán)活性更高,TCA循環(huán)能量代謝暢通,三者協(xié)同維持了高效的ROS清除能力和能量供給;而下部葉片則出現(xiàn)光合系統(tǒng)基因顯著下調(diào)、抗氧化系統(tǒng)崩潰、TCA循環(huán)代謝流阻塞等特征,最終導(dǎo)致功能受損。
![]()
該研究首次揭示了燕麥組織特異性的鹽堿脅迫耐受調(diào)控機制,填補了過往燕麥抗逆研究普遍未關(guān)注葉位功能異質(zhì)性的學(xué)術(shù)空白,為耐鹽堿燕麥品種選育提供了重要的理論參考,也為其他禾谷類作物的抗逆遺傳改良提供了全新的靶點思路。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.