摘要：近日，Plant Physiology(5-year IF：7.6) 在线发表了荷兰乌特勒支大学Rashmi Sasidharan / Martijn van Zanten 团队题为“Deciphering Acclimation to Sublethal C
近日，Plant Physiology(5-year IF：7.6) 在线发表了荷兰乌特勒支大学Rashmi Sasidharan / Martijn van Zanten 团队题为“Deciphering Acclimation to Sublethal Combined and Sequential Abiotic Stresses in Arabidopsis thaliana” 的研究论文。该研究揭示了拟南芥在面对长时间温和（非致死）程度的多重非生物胁迫时，通过对自身形态学，生理学及分子生物学层面的改变来实现适应性生存。这两种多重非生物胁迫分别是：（1）同时发生的高温和干旱胁迫；（2）淹水后紧接干旱的连续胁迫。本研究所得结论可助力研发具有抵御不同环境胁迫能力的新型作物，而这样的新型作物的开发在气候变化的大背景下显得尤为重要。
研究背景
气候变化正加剧着高温、干旱和洪涝等非生物灾害的频发。这些极端的气候灾害被认为是威胁全球粮食和饲料生产的主要因素。目前来看，粮食储备和饲料生产已难以满足日益增长的人口所带来的超额需求。因此，提高植物抗逆能力对于保障粮食安全和产量至关重要。
野生植物没有办法逃避环境胁迫带给它们的负面影响。为了使自己能在逆境中存活，植物会不断地改变自身的表型来适应环境，这个过程即所谓的“适应性反应 （acclimation response）”。适应性反应由复杂的分子信号网络进行调控（如一些基因表达水平的变化）。在过去的几十年里，研究人员已就对于非生物逆境胁迫的适应性反应的机制进行了极为深入的研究。然而，在自然界和野外条件下，这些非生物胁迫往往同时或接连发生，而非单一出现。例如，高温胁迫经常与干旱共存，而长期干旱之后往往伴随着洪涝灾害的频发。这些多重非生物胁迫引发的植物适应性反应往往与单一胁迫所带来的不同，但我们对于植物应对多重胁迫的适应性反应却是了解甚少。
自然环境下发生的非生物胁迫往往比实验研究中模拟的胁迫要温和许多。但即使是这样温和的胁迫也足以让一些对环境变化敏感的植物物种造成巨大影响。这其中就包括在植物学研究中最常用到的模型植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）。总之，理解植物如何适应温和程度的非生物胁迫是非常重要的。
研究亮点
1. 模拟复杂的多重非生物胁迫，揭示拟南芥适应性反应的表型
研究团队设计了两种常见的胁迫组合：(1) 同时发生的高温与干旱胁迫；(2) 淹水后紧接干旱的连续胁迫。实验发现，这些胁迫组合对植物的形态和生理特征具有更显著的负面影响，且这些影响与单一胁迫的简单叠加不同。
Figure 1. Effects of combined and sequential sublethal stresses and corresponding single stresses on phenotypic traits.
2. 揭示独特形态学、生理学变化背后的分子生物学机制
转录组（RNA sequencing）分析表明，拟南芥在多重非生物胁迫条件下会激活一系列独特的基因表达模式，包括并不限于：质体-细胞核信息交流（retrograde signaling）、脱落酸信号通路（ABA signaling）和光适应过程 （photo-acclimation）等关键通路。研究进一步鉴定了39个多重胁迫响应的关键转录因子（Transcription Factor），而其中一些转录因子（如ELF6和ATL80）在调控植物生长和抗逆性方面具有重要作用。
Figure 2. Effect of combined and sequential stresses and corresponding single stresses on the transcriptome.
3. 转录因子的功能性验证
通过对筛选的拟南芥突变体进行生理功能的验证，研究团队发现一些转录因子在控制植物生长、发育和在多重胁迫下生存率等方面起到重要作用。其中，EARLY FLOWERING 6 (ELF6) 和 ARABIDOPSISDOPSIS TOXICOS EN LEVADURA 80 (ATL80) 以及脱落酸被认为是对同时和/或连续发生的非生物胁迫的适应性反应起重要作用的因子。
Figure 6. Plant growth, development, and wilting trait analyses of selected mutants under combined or sequential stresses.
研究意义
本研究揭示了拟南芥在多重非生物胁迫下的适应性反应机制，强调了植物在面对复杂环境时的动态调控能力。该研究为农业生产中培育多功能抗逆作物提供了科学依据。这对于应对气候变化、提高粮食安全具有重要意义。
研究团队与支持
本研究由荷兰乌特勒支大学（Utrecht University）的Plant Stress Resilience团队完成。其中，蒋章博士为论文的第一作者，Rashmi Sasidharan教授和Martijn van Zanten教授为通讯作者。
原文链接：
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来源：科学之力
