面对强紫外辐射蔓菁也会做“防晒”

2024-04-23 09:09:47 来源：科技日报

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蔓菁是我国青藏高原和西南地区的一种传统种植作物，具有药用、食用和饲用价值。青藏高原的平均海拔超过4000米，是全世界海拔最高、面积最大的高原，强紫外辐射是高原环境的典型特征之一。一直以来，人们并不清楚蔓菁等植物为何能适应高原的强紫外光辐射。

日前，中国科学院昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应研究团队取得系列成果。他们成功解析了植物适应青藏高原强紫外辐射的分子机制，并为理解植物如何适应青藏高原强紫外辐射提供了新的理论参考。相关成果近日发表在国际期刊《植物生长调节杂志》和《植物综合生物学杂志》上。

低剂量的中波辐射段紫外光辐射是一种环境信号，植物的紫外抗性蛋白UVR8可感受并让紫外光诱导的植物光形态建成，进而调控植物发育。但强紫外光会破坏DNA，引发活性氧积累，并对植物造成损伤。不过这对青藏高原及其周边高海拔地区种植的蔓菁来说，似乎无关痛痒。此前，研究团队成功建立了蔓菁基因原位杂交技术和基因编辑体系，获得了高质量基因组。这让蔓菁成为研究植物如何适应青藏高原极端环境的理想材料。

同质园实验是把不同来源的植物物种，或不同生境居群的个体植物种类或品种，引种栽培在环境因素相对一致的同一园地内，然后对其相关性状等进行比较分析的一种实验方式。在拉萨，研究团队利用同质园实验，比较了两个蔓菁地方品种KTRG-B48a（以下简称品种a）和KTRG-B48b（以下简称品种b）的高原适应性。结果表明，品种b的块根鲜重和花青素含量均显著高于品种a。经过室内中波辐射段紫外光处理后，两个品种差异表达基因的表达模式明显不同。其中，品种b蔓菁的花青素生物合成途径相关基因被快速激活。

“花青素具有清除活性氧的能力。通过比较中波辐射段紫外光处理后两个品种的活性氧含量，我们发现，品种b的过氧化氢和超氧化物的含量显著低于品种a。”团队负责人，中国科学院西双版纳热带植物园主任、研究员杨永平介绍。

研究人员还发现，经过中波辐射段紫外光处理的品种b茉莉酸含量高于品种a。这表明茉莉酸同样具有提高植物应对中波辐射段紫外光辐射的耐受能力。但这类紫外光如何激活茉莉酸合成仍是未解之谜。

“为解开这一谜团，我们进一步利用生物化学与分子生物学技术，并结合遗传学开展研究。”论文共同通讯作者、中国科学院昆明植物研究所孙旭东博士说。

经过重重解析，团队发现，原来二聚体的紫外抗性蛋白被中波辐射段紫外光激活后形成单体，进入细胞核并直接结合转录因子TCP4，增强了其结合茉莉酸合成关键基因LOX2启动子的能力，促进了后者表达，进而提高了茉莉酸含量。这也进一步激活了花青素合成通路，最终增强了植物对中波辐射段紫外光辐射的耐受性。

这一系列研究结果，可以概述蔓菁对紫外辐射耐受性的转录组响应，也拓展了人们对植物花青素生物功能的认识。