植物也有“生存策略”：水稻具有對干旱環(huán)境的"記憶"

來源：中科院之聲 發(fā)布時間：2019-06-21瀏覽：2890次

植物也有“生存策略”：水稻具有對干旱環(huán)境的"記憶"

　　在我們的認(rèn)識中，動物的記憶是后天習(xí)得的本領(lǐng)，不論是聽到鈴聲集中進食，還是對襲擊和疼痛的記憶，都是為了更好地生存。而植物作為無法移動的生命體，在人類的生活中，一直是作為精心培育的對象，精控大田、人工溫室都是為他們而建。

　　最近，中國科學(xué)院昆明植物研究所的專家們在國際期刊《遺傳學(xué)前言》上發(fā)表了相關(guān)的研究成果，發(fā)現(xiàn)水稻具有對干旱環(huán)境的“記憶”，并找到了水稻的干旱“記憶”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

　　植物也有“生存策略”

　　植物在自然界的生長過程中，會經(jīng)歷多次相同的環(huán)境脅迫，為了能夠更好地生長，它們也會從先前經(jīng)歷的脅迫環(huán)境中吸取經(jīng)驗，以應(yīng)對后面反復(fù)發(fā)生的環(huán)境脅迫。

　　早在1996年，Baldwin和Schmelz在對煙草進行人為添加茉莉酸甲酯處理后，發(fā)現(xiàn)煙草尼古丁高峰的形成時間比未經(jīng)處理的煙草形成時 間提前了2小時。而對自然生長中的山樺進行觀察，研究者發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷多年秋蛾侵襲的山樺會產(chǎn)生濃度很高的酚醛類物質(zhì)抑制蛾蛹的生長。

　　從相關(guān)的人為處理與自然發(fā)生的植物抗逆能力提升的例子中，研究者認(rèn)識到很多植物也會形成記憶，在經(jīng)歷多次逆境侵襲時會產(chǎn)生提高自身生存能力的“策略”。

　　水稻為何會有“干旱記憶”？

　　對植物材料進行人為的干旱復(fù)水處理的測試最早是中國科學(xué)家在擬南芥中開展的，經(jīng)過多次干旱、復(fù)水處理后植物材料的耐干旱能力明顯增強。為了探究 水稻——這一干旱對其有嚴(yán)重抑制作用的植物是否也可以通過人為方式提高其耐旱能力，科研人員在2015年對水稻進行了反復(fù)的干旱和復(fù)水處理：將水培的水稻 材料進行脫離水環(huán)境的空氣干燥，干燥一定時間后恢復(fù)水環(huán)境培養(yǎng)，而后再進行干旱和復(fù)水的循環(huán)處理，讓水稻人為的經(jīng)歷多次干旱脅迫，最后發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷多次干旱脅 迫后，水稻的抗旱能力得到了提升。

　　水稻中的兩種陸生稻類型在人為水分脅迫預(yù)處理后具有了記憶效應(yīng)在2017年也有了相關(guān)的報道。但是關(guān)于水稻形成干旱“記憶”的原因，還缺乏相關(guān)的研究。

　　為了進一步探究其原因，研究者對處理過程中的水稻材料進行了生理指標(biāo)結(jié)合測序技術(shù)的對比與分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了6885個參與提升水稻抗旱“記 憶”的轉(zhuǎn)錄本以及238個干旱“記憶”核糖核酸，并對這些“記憶”轉(zhuǎn)錄本進行了分類詮釋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水稻中的干旱“記憶”轉(zhuǎn)錄本很大一部分是后期響應(yīng)型，即 大部分基因在前期干旱處理中蓄積能量，而在后期多次處理時才發(fā)揮重要的作用。

　　為了進一步探究水稻中抗旱“記憶”形成的原因，研究人員進行了一系列數(shù)據(jù)分析與實驗驗證，最終發(fā)現(xiàn)了水稻中存在的抗旱“記憶”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)：植物生 長關(guān)鍵激素之一的脫落酸對于激發(fā)水稻的抗旱性及引發(fā)水稻內(nèi)的抗旱代謝反應(yīng)具有重要的作用；同時核糖核酸與DNA表觀水平的變化（甲基化）影響了抗旱“記 憶”轉(zhuǎn)錄本的表達；而植物的光合作用、脯氨酸合成等代謝路徑的“記憶”轉(zhuǎn)錄本都參與到了水稻的抗旱“記憶”當(dāng)中。

　　對于植物“記憶”的探究，還有很多研究者在進行不斷的嘗試和探索，水稻中的是否存在其他逆境“記憶”也有待進一步發(fā)掘，而“記憶基因”與其參與的“記憶”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)為植物這一特性功能研究提供了新的思路。

　　水稻的抗旱“記憶”是繼含羞草對外界脅迫抵抗“記憶”，以及燕麥草短期干旱“記憶”之后的又一重要的植物“記憶”發(fā)現(xiàn)，隨著越來越多植物中“記憶”的發(fā)現(xiàn)，“記憶”已經(jīng)不再是動物們的專屬本領(lǐng)，越來越多的植物將會被發(fā)現(xiàn)具有這一特性，從而提升自身的生存適應(yīng)能力。