名古屋大學和京都產業大學的聯合研究小組*在兩棲植物中發現了一種機制,即乙烯迅速感知水淹沒並抑制與葉氣孔形成有關的基因的表達。
“Rorippa aquatica”是一種原產於北美的十字花科兩棲植物。這會產生適合水下生活的葉子。然而,尚不清楚它如何感知淹沒並抑制氣孔發育。
研究小組將生長在空中(陸地)的 Lorippa aquatica 浸入水中,觀察葉子隨時間的變化。然後,在生長的新葉中氣孔發育受到抑制,氣生葉的命運改變為水生葉。這種“氣孔發育抑制”在浸水後立即發生,4天后,葉表皮氣孔密度下降。基因表達分析顯示,與氣孔分化相關的基因(如SPCH和MUTE)的表達早在淹沒後1小時就開始受到抑制,24小時後幾乎不存在。
此外,還發現因淹沒而失去逃逸能力的植物激素“乙烯”在體內蓄積,使其能夠敏捷地感知環境的變化。只有在暴露於紅光的環境中才能促進乙烯的合成,並形成沈水葉。
結果,在 Lorippa aquatica 導致水下生活的進化過程中,陸地植物的乙烯反應途徑和光反應途徑重新連接,並且在淹沒時葉表皮中參與氣孔形成的基因表達受到抑制。被曝獲得
了解植物如何敏捷地響應環境變化,將為如何保護植物免受氣候變化影響以及實現即使環境變化生產力也不會下降的農產品提供有用的線索。
*其他參與者包括德克薩斯大學(美國)、中國科學院水生生物研究所(中國)和馬拉蓋大學(伊朗)。
論文信息:【當代生物學】激素和光反應通路的重新佈線是水下兩棲植物Rorippa aquatica氣孔發育受抑制的基礎