青藏高原地势平均海拔超过4,000米,气候十分恶劣。植物在其生长季里,经常遭受极端低温、干旱、强季风、强UV-B辐射等不良环境因子的直接影响,生长在青藏高原极端生境下的植物在长期的进化选择下从而衍生出极强的抗逆能力,因此青藏高原也是极好的研究植物对逆境适应与进化的天然实验室。蛋白组学技术可以研究植物在不同环境胁迫下蛋白质表达的异同,对相关差异蛋白点进行分类与鉴定,为进一步揭示重要生理学内生机理提供方向与重要信息。但是蛋白质学技术注重于微观水平的研究,而青藏高原植物对逆境的适应性研究,目前更多的注重于生态学等大尺度的宏观研究。如何将微观的蛋白组学技术运用到宏观的生态适应性研究,是目前植物生理学领域需要探索的方向之一。
澳门赌场昆明植物研究所杨永平研究组与胡向阳研究组的博士生马岚,利用青藏高原广泛分布的物种钉柱萎陵菜(Potentilla saundersiana)为实验材料,以建立在西藏当雄县的定点观察站为实验样地,该观察站分布有五个不同海拔的观察点(4350m,4600m,4800 m,5100m,5200m )。结合观察点的气象数据进行主成分分析表明温度与土壤水分是两个最主要的影响植物生长量的主效因子。对五个不同海拔的观察点的钉柱萎陵菜进行采样综合分析,形态分析结果表明钉柱萎陵菜的叶片面积、气孔大小与气孔密度都随着海拔升高而减少,但叶片细胞壁却随着海拔升高而增厚,暗示叶片形态的进化对高海拔环境的适应;蛋白组学分析五个不同海拔点的样品获得118个差异蛋白点,这些差异点涉及到抗氧化反应、脯氨酸与糖代谢以及激素代谢等,同时涉及到蛋白翻译后调控与表观遗传途径相关蛋白;生理生化分析表明植物体内抗氧化酶系统随着海拔梯度的升高而增强。综合以上形态学、生理生化与蛋白组学结果表明:在长期的适应性进化过程中,钉柱萎陵菜采取多种策略来增强自身对逆境胁迫的适应能力。
该研究结果以Physiological, biochemical and proteomics analysis reveals the adaptation strategies of the alpine plant Potentilla saundersiana at altitude gradient of the Northwestern Tibetan Plateau 为题在蛋白组学专业期刊Journal of Proteomics 上正式发表。该研究工作得到云南省中青年学术技术带头人后备人才项目(No.2012HB041) 、自然基金委项目(No. 31170256)与“973”项目(2010CB951700)的资助。
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图表:不同海拔梯度下钉柱萎陵菜的适应性机制