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华南植物园铁皮石斛抗逆机制研究取得进展

华南植物园铁皮石斛抗逆机制研究取得进展

  铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)是兰科(Orchidaceae)石斛属(Dendrobium)多年生附生草本植物,是我国传统名贵中药材。

  铁皮石斛自然分布区域很广,我国秦岭淮河以南的大分布地区均有发现,野生状态下的铁皮石斛主要附生于树干、岩石或蕨类等植物表面。从铁皮石斛分布区域和生长环境来看,铁皮石斛具有很强的抗胁迫能力,能耐多种逆境,既能耐零下10度以下的低温,又能耐40度以上的高温,还能耐极度干旱。为了解铁皮石斛的抗逆机制,中国科学院华南植物园生物技术育种研究组从全基因组水平,对广泛参与植物次级代谢和逆境胁迫应答等生物过程的WRKY转录因子家族进行研究,鉴定到63个DoWRKY转录因子,它们分别属于group I-III及NG1-2五幸运28大亚家族,同一家族的成员基因结构相似,大部分DoWRKYs启动子序列富含ABA响应元件和低温诱导元件等逆境胁迫响应元件,部分DoWRKYs可被低温诱导。

  为分析WRKY转录因子的下游调控网络,科研人员建立铁皮石斛启动子数据库,根据WRKY转录因子绑定元件,鉴定WRKY候选靶基因,对启动子区域至少含有三个W-box的候选靶基因进行GO分类和KEGG富集分析,结果发现,有部分靶基因与植物逆境胁迫响应有关:如乙烯合成途径、抗幸运28坏血酸合成途径和海藻糖合成途径的基因,乙烯响应转录因子、NAC转录因子,脱水响应元件结合蛋白等。此外,研究人员发现23个与多糖合成相关的基因。这表明铁皮石斛WRKY转录因子可能参与了铁皮石斛对逆境胁迫的响应以及多糖生物合成代谢过程的调控。

  相关研究成果发表在Scientific Reports上。

图1.铁皮石斛和拟南芥WRKY蛋白无根进化树

图2.冷(4 °C)胁迫条件下铁皮石斛根、茎和叶中 DoWRKY基因的表达谱

图3.乙烯、L-抗坏血酸和海藻糖生物合成代谢过程中的WRKY靶基因分析