入侵性植物Mikania micrantha对水淹胁迫的生理和转录组响应

《Biological Invasions》：Physiological and transcriptomic responses of invasive Mikania micrantha to waterlogging stress

　　

摘要

由于气候变化，水涝成为一种主要的非生物胁迫因素，它重塑了植物群落，并促进了河岸和湿地生态系统的生物入侵。Mikania micrantha是全球最具入侵性的植物之一，对水生环境具有很高的耐受性，但其背后的生理和分子机制尚未得到明确解释。在本研究中，我们整合了形态学、生理学和转录组数据，分析了M. micrantha在浅水（茎基部）和深水淹没条件下的响应。在深水淹没条件下，水下的叶片表现出显著增加的比叶面积（SLA）和降低的叶绿素a/b比值，同时暗呼吸速率降低，这些变化共同增强了光捕获能力并减少了呼吸作用导致的碳损失。对这些叶片的转录组分析显示，参与光合生物碳固定的基因表达下调，这与在光照受限和缺氧条件下的能量保存策略一致。相比之下，淹没的外生根（ARs）经历了转录重组，光合作用相关基因的表达上调。进一步实验表明，这些根发育出了具有功能的叶绿体，实现了净光合产氧，并增强了碳酸氢盐（HCO₃^?）的利用能力。综上所述，我们的研究结果表明M. micrantha通过一系列整合的器官水平功能调整——包括叶片代谢重编程、光合作用外生根的形态形成以及协调的激素调节——在长期水涝条件下维持了碳平衡。这项研究为M. micrantha在湿地生境中的成功提供了新的见解，同时也突显了该物种在未来气候情景下对本土湿地生物多样性的日益增加的生态风险。