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園植學院研究團隊在銀杏古樹長壽機制研究方面取得新進展
發布日期:2020-01-16 供稿單位:園植學院 供稿時間:1月16日 瀏覽次數:

  1月14日,園藝與植物保護學院銀杏研究團隊王莉教授、崔佳雯博士生和金飚教授在國際期刊《PNAS》以尚藝廣告為第一單位發表題為《Multi-feature analyses of vascular cambial cells reveal longevity mechanisms in old Ginkgo biloba trees》的研究論文。該研究選用銀杏樹干維管形成層為主要研究材料,綜合運用細胞學、生理學、多組學和分子生物學等手段,揭示了銀杏古樹長壽的內在機制。

  銀杏是原產于中國的孑遺植物,因其含有多種藥用成分、觀賞價值高,是重要的經濟樹種。此外,銀杏還是著名的長壽樹種,在我國各地有大量銀杏古樹分布。

  樹木主干維管形成層每年都能分裂分化出新的韌皮部和木質部,維系著樹體的生長,是研究古樹長壽機制的理想材料。該研究通過年輪測定技術結合DBHs的分析,確定了34株銀杏樹的真實樹齡,其樹齡分布在15年-1353年,并將其中不同樹齡的樹木分為三組進行比較研究,發現與成年樹相比,古樹組(193-667年)形成層細胞層數變少,新產生的年輪寬度變窄,生長素含量下降,脫落酸含量上升,細胞分裂分化相關基因表達下降,表明古樹中維管組織生長變緩。然而,古樹樹干的橫截面積增加量仍處于高水平,顯示銀杏古樹形成層干細胞仍具有較強的持續不斷的分裂能力。該研究進一步測定了古樹葉片光合指標、種子繁殖能力、衰老相關的標記基因和miRNA及靶基因和自噬相關基因等,均未發現有顯著變化。這些形態、生理和分子水平上的結果揭示,銀杏古樹在整體上仍處在健康的成年狀態,依舊保持“青春活力”,尚未進入衰老階段。由此認定,銀杏古樹維管形成層細胞的持續分裂能力,在避免衰老過程中發揮了重要作用。

  樹木的生長發育乃至衰老都需要應對環境脅迫、病蟲害以及病菌等微生物的侵襲,且樹木最終大都是因為環境脅迫或病害而導致衰老和死亡。該研究在銀杏古樹維管形成層細胞中,鑒定到62個FLS2、EFR的成員和457個R基因,尤其發現R基因的數量遠遠多于其他物種。此外,木質素單體、類黃酮和芪類化合物代謝通路的基因數量和表達在古樹組中也沒有下降。由此推測,銀杏古樹可能通過持續合成木質素等物質,增加樹干的密度和強度,以支撐不斷增粗的樹體,同時通過大量R基因的持續表達,以及積累具有特殊保護功能的代謝物來提高樹體抗性,抵抗各種生物和非生物脅迫,從而大大延長了樹體的壽命。

  該研究認為,銀杏古樹長壽并非某單一的長壽基因調控,而是生長與衰老過程中多個因素綜合平衡的結果。該成果對揭示樹木在個體水平上的生長與衰老調控機制具有重要科學意義。

  園藝與植物保護學院王莉教授、崔佳雯博士和金飚教授為該論文的共同第一作者,北京林業大學林金星教授和Richard Dixon教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目和“111引智計劃”項目的資助。目前,該研究成果引起了廣泛關注,被國外多家知名媒體轉載。




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