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廣州中醫(yī)藥大學(xué)/中山大學(xué)合作團(tuán)隊(duì)揭示青藏高原植物強(qiáng)光適應(yīng)機(jī)制
青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau），亞洲內(nèi)陸高原，是中國(guó)大、世界海拔的高原，被稱為“世界屋脊”、“第三極”。青藏高原一般海拔在3000-5000米之間，平均海拔4000米以上，被稱為“離太陽(yáng)近的地方”，具有較多的自然環(huán)境因素。特別是，由于青藏高原地區(qū)空氣密度低，大氣透明度高，吸收和散射的太陽(yáng)光比其他地區(qū)少。因此，青藏高原地區(qū)擁有較強(qiáng)的太陽(yáng)光。在青藏高原高海拔生境下，分布著大量特殊的植物資源，包括一些重要的藥用植物等。Tibet-0是我國(guó)著名植物學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)鐘揚(yáng)教授生前經(jīng)過(guò)十年努力，在青藏高原海拔4150米的“無(wú)人區(qū)”發(fā)現(xiàn)的擬南芥生態(tài)型，并無(wú)私分享給同行開(kāi)展科學(xué)研究，對(duì)于植物強(qiáng)光等環(huán)境適應(yīng)相關(guān)研究提供了重要材料。
近日，廣州中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物生理生態(tài)研究院研究人員在Environmental and Experimental Botany在線發(fā)表了題為 Increased photosystem II translation efficiency as an important photoprotective mechanism in an Arabidopsis thaliana ecotype (Tibet-0) adapted to high light environments的研究論文，揭示了青藏高原擬南芥Tibet-0適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境的分子機(jī)制。
研究人員系統(tǒng)地分析了Tibet-0對(duì)強(qiáng)光的生理響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)與哥倫比亞型擬南芥(Col-0)相比，Tibet-0在持續(xù)強(qiáng)光條件下具有更高的PSⅡ光合活性。葉綠素?zé)晒夥治霰砻?，Tibet-0在強(qiáng)光下表現(xiàn)出較高的PSⅡ量子產(chǎn)量 (ФPSⅡ)、光化學(xué)淬滅 (qP) 和電子傳遞速率 (ETR)。然而，葉片或葉綠體移動(dòng)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、活性氧清除、非光化學(xué)淬滅、環(huán)式電子傳遞等經(jīng)典光保護(hù)途徑并沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。
有趣的是，Blue Native-PAGE和免疫印跡分析表明，在標(biāo)準(zhǔn)光和強(qiáng)光條件下，Tibet-0的PSII復(fù)合物及亞基的豐度顯著高于Col-0。然而，相較Col-0，Tibet-0的PSII蛋白降解并沒(méi)有太大改變，提示可能是由于蛋白合成加快所致。核糖體-新生鏈復(fù)合物定量PCR (RNC-qPCR) 結(jié)果表明PSII核心亞基psbA、psbB、psbC和psbD的翻譯效率均顯著高于Col-0。翻譯調(diào)控可以觸發(fā)對(duì)環(huán)境壓力的更快反應(yīng)。提高易受損傷的光合蛋白的翻譯效率有利于Tibet-0適應(yīng)長(zhǎng)期強(qiáng)光脅迫。
此外，在強(qiáng)光處理后，Tibet-0中的大量葉綠體核糖體蛋白相關(guān)基因表達(dá)激活。這些結(jié)果提示，Tibet-0通過(guò)激活葉綠體核糖體蛋白表達(dá)，組成型的提高PSII蛋白的翻譯效率來(lái)增強(qiáng)其光保護(hù)能力。
該研究揭示了高原植物可以通過(guò)組成型增加光系統(tǒng)蛋白翻譯效率應(yīng)對(duì)光系統(tǒng)蛋白損傷，為理解高海拔地區(qū)植物的強(qiáng)光適應(yīng)機(jī)制提供了新視角。
廣州中醫(yī)藥大學(xué)靳紅磊教授和申妍婷研究員為本論文的共同通訊作者，張曼博士生（中山大學(xué)2017級(jí)博士研究生）為作者，廣州中醫(yī)藥大學(xué)王宏斌教授和中山大學(xué)劉兵副教授參與指導(dǎo)了本項(xiàng)研究，暨南大學(xué)張弓教授等也參與了本項(xiàng)研究，相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省特支計(jì)劃等的資助。謹(jǐn)以此文致敬鐘揚(yáng)教授！