武漢植物園揭示褪黑素誘導植物抗逆和抑制葉片衰老的機制

　　褪黑激素是迄今發現的最強的內源性自由基清除劑，在動物中其具有促進睡眠、調節時差、抗衰老、調節免疫、抗腫瘤等多項生理功能。近年來研究發現植物中也含有褪黑激素并已經在多種植物中特別是食用和藥用植物中檢測出來，因此在植物中廣泛進行褪黑激素的研究將對人類的營養、醫藥和農業提供非常有益的信息。

　　狗牙根(Cynodon dactylon (L). Pers.)是一種在全球廣泛分布的草坪草，而且對非生物脅迫具有較強的抗性，作為一種非模式植物，目前對于狗牙根抗性機制的研究主要集中在生理生化方面，然而生理生化的變化只是狗牙根為了適應環境的變化而做出的生理調整，針對發生這些變化的上游機理研究不多。中國科學院武漢植物園植物水分脅迫生物學學科組施海濤博士在產祝龍研究員的指導下，利用植物生理學、代謝組學和轉錄組學等研究方法，對褪黑素誘導狗牙根對脅迫抗性的分子機理展開了一系列研究。研究發現，鹽、干旱和冷脅迫誘導了體內褪黑素的含量；外源褪黑素處理可以顯著提高狗牙根對這些脅迫抗性；同時褪黑素可以調控活性氧代謝、脅迫相關基因的表達和多種代謝物的積累；轉錄組學分析表明褪黑素可以激活一系列脅迫相關基因和激酶的表達，同時調控多種激素信號基因的表達，從而多角度解析了褪黑素在狗牙根脅迫應答的生理機制。

　　同時，研究發現葉片衰老可以誘導擬南芥體內褪黑素的含量，而且葉片衰老和外源褪黑素均可以下調轉錄因子IAA17基因的表達；通過分離IAA17基因的缺失突變體和過表達植株發現，IAA17基因的過表達植株表現為早衰老，而缺失突變體則晚衰老；進一步研究發現外源褪黑素可以抑制擬南芥葉片衰老，而IAA17直參與調控的衰老相關基因(SEN4和SAG12)的表達是褪黑素抑制葉片衰老所必需的，但并不調控葉片衰老處理過程中褪黑素含量的變化，從而部分解析了褪黑素抑制植物葉片衰老的分子機理。

　　以上研究獲得國家自然科學基金(No.31200194 和No.31370302)、中國科學院“百人計劃”、中國科學院知識創新工程項目(No.54Y154761O01076和No.29Y329631O0263)、中國科學院武漢植物園“十二五”自主創新重大項目(No.55Y455446O0544)、中國科學院青年創新促進會(No.29Y429371O0437)和中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室優秀青年人才計劃(No.52Y452331O03和No.52Y352811O0381)的共同支持。相關研究結果在 Journal of Experimental Botany (doi: 10.1093/jxb/eru373)和 Journal of Pineal Research (doi: 10.1111/jpi.12188)上在線發表。