光胁迫是常绿植物(尤其是常绿阔叶植物,如常绿杜鹃花等)安全越冬的主要环境胁迫之一。越冬过程中,常绿杜鹃花光保护作用显著增强。但光保护作用是否直接参与耐寒性的提高,尚需要证实。

年3月,Plant,CellEnvironment在线发表了我刊编委、浙江大学夏宜平教授杜鹃花研究团队题为“PhotoprotectionconferringplanttolerancetofreezingstressthroughrescuingphotosysteminevergreenRhododendron”的研究论文。研究证实了光保护作用的增强确实参与了常绿杜鹃花耐寒性的提高。

本研究以常绿杜鹃花品种‘埃尔西李’(Rhododendron‘ElsieLee’)为研究材料,克隆了2个具有光保护作用的光早期诱导蛋白(Earlylight-inducedproteins,ELIPs)成员,RhELIP3和RhELIP7。研究发现RhELIP3对低温和光周期的响应变化更为显著,且低温和短日照能够诱导RhELIP3的大量表达(图1)。

图1(a,b)RhELIP3和RhELIP7在室温(25/21)和低温(4/1)长日照(LP)或短日照(SP)条件下表达量及生理节律的变化;(c,d)RhELIP3和RhELIP7在秋季(Oct.8)和冬季(Jan.19)表达量及生理节律的变化。

在野生型拟南芥中过表达RhELIP3能够显著提高植株耐寒性,并较好的恢复冷处理后植株的光合作用相关指标。通过进一步研究,我们发现RhHY5能够直接与RhELIP3启动子结合,诱导RhELIP3的表达;而RhBBX24直接与RhELIP3启动子结合,抑制RhELIP3的表达。此外,RhBBX24直接与RhHY5结合,干扰RhHY5与RhELIP3启动子结合并抑制RhELIP3表达(图2)。在野生型拟南芥中过表达RhHY5能够显著提高植株耐寒性,且低温条件下,RhHY5过表达植株中AtELIP1和AtELIP2表达量较野生型显著提高(图3)。综上所述,光保护因子RhELIP3的表达能够提高植物耐寒性,且RhHY5参与了它的调控。

图2(a,b,c,d)过表达RhELIP3拟南芥冷处理后耐寒性增强,光合作用相关指标恢复较好;(e,f)RhHY5能够与RhELIP3启动子结合,并诱导RhELIP3表达;(g,h)RhBBX24能够与RhELIP3启动子结合;(i,j,k)RhHY5与RhBBX24结合;(l,m)RhBBX24干扰RhHY5与RhELIP3启动子结合,并抑制RhELIP3表达。

图3(a,b,c)过表达RhHY5拟南芥冷处理后耐寒性增强,光合作用相关指标恢复较好;(d)过表达RhHY5拟南芥低温处理后AtELIP1和AtELIP2表达量较野生型显著提高。

浙江大学园林研究所刘冰博士后为该论文第一作者,夏宜平教授和王秀云特聘副研究员为共同通信作者。本研究得到了国家自然科学基金(和)及浙江省科技厅新品种选育项目(C-2)的资助。

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