学术进展

我院学者发表文献揭示杉木幼苗暗适应机制

[发布日期：2016-07-18 点击数： ]

植物的黄化现象对人们而言并不陌生。如果在植物早期发育过程中没有得到阳光照射，我们日常所见的多种植物的子叶都会呈现黄色或苍白色。这是因为植物中所具有的原叶绿素酸脂（Pchlide）氧化还原酶（POR）活性受到光信号的调控，在黑暗中无法合成叶绿素，而原质体也无法形成结构和功能完整的叶绿体。然而，在生物进化的过程中，黄化现象是高等被子植物所特有的现象。在从藻类到裸子植物等较低等植物种类都拥有光不依赖的叶绿素酸脂（Pchlide）氧化还原酶（DPOR），它们的子叶不会出现黄化现象。然而，对于这些植物中在黑暗条件下发育而成的幼苗子叶的结构、功能、发育过程；以及暗生成叶绿体（etiochloroplast）具有怎样的生理功能和进化意义均仅有很少研究。

我学院万迎朗课题组在北京林业大学杰出青年人才培育计划，教育部创新团队计划以及自然科学基金的资助下，以我国南方重要林木树种杉木为模式材料对暗条件下裸子植物幼苗发育的特征进行了系统研究。研究显示，暗培养下的杉木子叶能在黑暗条件下合成叶绿素且具有发育较为完整的叶绿体，叶绿体发育出发达的基质与基粒片层结构。这些暗形成光合作用相关结构已经具有不完整的光合作用能力，其中，光系统I（PSI）的电子传输效率远远超出PSII水平。这一结果表明在暗培养的子叶中具有较强的循环光合电子传递（CEF）能力。我们通过非变性胶双向电泳结合免疫杂交技术还发现，Fd-NADP氧化还原酶在暗发育的杉木子叶中主要与细胞色素C6f复合体相结合，但在光发育的杉木子叶中却大量却出现在类囊体自由蛋白组分中。这说明该循环光合电子传递（CEF）是通过FNR-Cytb6f途径进行的。最后，课题组还利用第二代测序技术对光-暗条件下生长的杉木幼苗的光合作用相关基因的表达模式进行了探索。该研究对裸子植物的子叶早期发育过程提出一个全新观点，即子叶在接受到第一束阳光之前，便已做好接受阳光的准备。而这最初的光能被应用于通过CEF形成ATP供给植物发育所急需的能量。

该研究已于近日发表于植物生物学重要期刊《New Phytologist》（IF7.21）上。我校博士研究生薛娴和硕士研究生王琪是本文共同第一作者，万迎朗博士为本文通讯作者。研究得到了我校高荣孚教授，沈应柏教授和夏新莉教授的指导与顾问。