中國野生擬南芥適應不同生境溫度的分子機制

《中國野生擬南芥適應不同生境溫度的分子機制》是依託北京大學，由顧紅雅擔任負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：中國野生擬南芥適應不同生境溫度的分子機制
• 項目負責人：顧紅雅
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

植物在長期演化過程中逐步適應了其生境的溫度。長江流域的擬南芥居群起源於一個最近的共同祖先，並處於該物種全球分布區的東南邊緣。申請人前期對這些居群的耐凍能力以及高溫下的生存能力進行了初步研究，發現轉錄因子CBF1~3的變化是這些居群耐凍能力分化的主要原因之一，這些居群在高溫下的存活率與其生境的平均溫度顯著相關。本申請計畫在前期研究的基礎上採用遺傳學、生化及分子生物學、分子演化分析等手段，對長江流域及全世界各生境中代表性居群的CBF1~3 DNA序列、基因選擇壓力、蛋白激活活性等進行研究，以揭示這些居群中CBFs在適應環境低溫中的作用。通過RNA-seq等技術對代表性居群中高溫回響基因表達譜進行分析，結合QTL作圖等方法研究熱回響差異的分子基礎，用遺傳學、生化及分子生物學等方法對篩選到的關鍵候選基因進行DNA序列、蛋白功能、基因選擇壓力等方面的研究，初步揭示這些居群對環境高溫適應的分子機制。

結題摘要

擬南芥是一種在世界範圍內廣泛分布的短命植物，其生境的氣候條件有著很大的差異。在自然選擇的驅動下，植物會發生適應性演化。中國長江流域的擬南芥居群起源於一個最近的共同祖先，並處於該物種歐亞大陸分布區的東南邊緣。本項目採用遺傳學、生物化學、分子生物學、生物信息學、分子演化分析等手段，對中國野生擬南芥環境適應的分子機制進行了一系列深入的研究。 用CRISPR技術研究發現，冷回響途徑中的三個CBF轉錄因子（CBF1~3）分別調控了各自的下游基因，既有特異、又有重疊的成分，它們共同行使功能，形成一個複雜的轉錄調控網路，在植物應答低溫逆境中發揮重要作用。對長江流域擬南芥耐受低溫的研究發現， CBF1~3存在多態性，其功能的差異與植株的耐冷能力以及地理分布相關，暗示了它們受到不同程度的選擇壓力，這樣的變化對世界範圍內自然居群的適應性起到了重要貢獻。不同生境的野生居群可能擁有不同的機制調控其生活史，如對西藏高原擬南芥的研究發現，其種子萌發滯後，避開了低溫的冬季，導致演化出了多個性狀來適應新的生活史。 綜上研究結果表明，植物適應新環境的過程是非常精細、複雜和多樣的，對其分子機制的探索不但能進一步加深對適應性演化過程的理解，同時也可能找到更多在脅迫環境下具有適應性意義的基因。