昆明植物所弥勒苣苔的复苏机理及超低温保存研究获进展

昆明植物所李唯奇研究组解析了弥勒苣苔复苏过程中的膜脂分子变化，发现其具有与众不同的复苏机制——没有膜“伤害、修复”的过程，而是维持质外体膜的稳定不变，直到致死性的胁迫临近时，膜系统突然崩溃。研究成果分别发表在 PLoS ONE和超低温生物学期刊 Cryoletters。

　　

弥勒苣苔（Paraisometrum mileense W. T. Wang）是苦苣苔科 Gesneriaceae 弥勒苣苔属 Paraisometrum 的唯一物种。该物种原以为已灭绝百年，最近被中国科学院昆明植物研究所的研究人员重新发现。因其野外居群少、植株个体少，被列为“极小种群物种”，亟需进行生物学特性和种质资源保护研究。

　　昆明植物所李唯奇研究组发现弥勒苣苔是一种复苏植物。复苏植物(Resurrection plants)是一种能够耐受极度干旱的植物，其经常以脱水时忍受伤害、在复水时修复伤害的策略保持细胞膜的完整性，从而能够在经历低于10%相对含水量后仍然可以存活，具有研究和发掘植物抗旱机制和基因资源的重要价值。该研究组解析了弥勒苣苔复苏过程中的膜脂分子变化，发现其具有与众不同的复苏机制——没有膜“伤害、修复”的过程，而是维持质外体膜的稳定不变，直到致死性的胁迫临近时，膜系统突然崩溃。深入的研究发现，弥勒苣苔的膜脂降解过程也与众不同，缺乏常见的磷脂酶D介导的磷脂酸“库”降解途径，而代之以复杂的二脂酰甘油“库”降解途径。由此研究者提出一种新的植物耐受干旱的机制，即植物降低磷脂酶D的活性以阻滞流经磷脂酸库的膜脂降解过程，使得其能够在一定的脱水胁迫下维持膜的完整性；当致死胁迫来临，所产生的大量膜脂降解“冲入”二脂酰甘油库，膜脂降解才得以往下游行进，致使膜崩解。弥勒苣苔以这种机制演绎了“维持或者崩解”的耐旱策略。

　　超低温保存技术是植物种质资源长期保存的重要手段。为了更好地保存弥勒苣苔的种质资源，该课题组还对弥勒苣苔开展了超低温保存研究。通过离体叶片诱导不定芽，以长度约2毫米的不定芽作为超低温保存的外植体，通过微滴玻璃化(droplet vitrification)途径设计超低温保存方案。在优化了蔗糖预培养的浓度和时间、PVS2处理时间和冷驯处理等玻璃化处理后，使得超低温保存茎尖的再生率达到86%。该研究也为苦苣苔科植物通用性超低温保存方案的建立奠定了基础。

　　以上研究成果分别发表在 PLoS ONE（第一作者李爱花）和超低温生物学期刊 Cryoletters （第一作者林亮）上。研究工作得到了国家自然科学基金委项目和中科院****项目的资助。

 

图1 弥勒苣苔和拟南芥植株的脱水复水情况。A. 弥勒苣苔B. 拟南芥C.相对含水量(RWC)变化。  

 

　　图2  弥勒苣苔不定芽超低温保存后再生情况。（a）解冻后的茎尖在恢复培养基上培养3周（标尺为1毫米）；（b）解冻后的茎尖在恢复培养8周以后形成簇状不定芽（标尺为1厘米）；（c）超低温保存后再生的植株在生根培养后形成完整植株（标尺为1厘米）；（d）移栽后12周的组培苗（左）和超低温再生植株（右）（标尺为1厘米）。