短期干旱“記憶”可提升水稻抗旱機(jī)制

水稻是我國最主要的糧食作物之一，其生長過程需水量較大，環(huán)境干旱對其生長、產(chǎn)量都是一個(gè)不容忽視的威脅。中國科學(xué)院昆明植物研究所首次在水稻中驗(yàn)證了干旱“記憶”的存在，并建立了形成水稻干旱“記憶”的方法。

植物在自然生長過程中往往會經(jīng)歷多次相同的環(huán)境脅迫，為了維持正常生長，很多植物會在經(jīng)歷多次脅迫時(shí)，表現(xiàn)出較經(jīng)歷第一次脅迫更強(qiáng)的抗逆能力，即植物具有脅迫“記憶”的能力。在眾多的環(huán)境脅迫中，干旱是對作物影響較大、破壞性較強(qiáng)的一種。探索水稻中是否存在干旱記憶，可完善水稻抗旱機(jī)制的研究，另一方面可對提高水稻抗旱能力提供新的思路和備選基因庫。

中國科學(xué)院昆明植物研究所功能基因組學(xué)與利用團(tuán)隊(duì)劉莉課題組通過轉(zhuǎn)錄組鏈特異性測序的方法，得到大量與水稻干旱“記憶”相關(guān)的候選差異表達(dá)基因。而其中有大量的基因在表達(dá)水平上呈現(xiàn)出隨處理時(shí)間的“記憶”規(guī)律，即表現(xiàn)出與第一次干旱脅迫時(shí)不同的變化趨勢。從四個(gè)相關(guān)處理點(diǎn)，該研究獲得了6885個(gè)干旱記憶轉(zhuǎn)錄本，以及238個(gè)干旱“記憶”長鏈非編碼RNA，并根據(jù)表達(dá)趨勢變化，將干旱記憶基因分為五種變化趨勢類別的16個(gè)表達(dá)趨勢模式。其中一個(gè)模式包含的基因經(jīng)常會被研究植物干旱的研究者們忽略，因?yàn)檫@類基因在首次干旱脅迫時(shí)并不會發(fā)生差異表達(dá)，而在后期多次干旱脅迫下才會產(chǎn)生顯著地差異表達(dá)現(xiàn)象。這一研究不但證明了水稻在合適的反復(fù)干旱處理?xiàng)l件下可以形成干旱記憶，還進(jìn)一步對其機(jī)制進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA、DNA甲基化以及內(nèi)源激素均參與到這一短期干旱“記憶”的形成過程，可能承擔(dān)了“記憶”因子的使命，進(jìn)一步激活光合作用、脯氨酸合成等代謝途徑中“記憶”轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)，從而提高植物在應(yīng)對后期干旱脅迫中的能力。

相關(guān)研究結(jié)果以“生理和轉(zhuǎn)錄組分析揭示干旱脅迫下水稻的短期反應(yīng)和記憶形成”為題，最新發(fā)表在綜合性期刊《遺傳學(xué)前沿》上。