论文部分内容阅读
太阳光中的紫外-B(UV-B)辐射在植物的生长发育过程中发挥着重要的调控作用,随着人类工业化和现代化的进程,臭氧层衰减及其所伴随的地表UV-B辐射增强变得不可忽略。研究表明表观遗传变异及其所诱导的表型可塑性与植物适应新的胁迫环境密切相关。然而,相比于大量的胁迫环境中植物的表观遗传变化的报道,UV-B胁迫下植物的相关研究十分缺乏,而这对于全面揭示UV-B辐射对植物的效应,尤其是克隆植物在各生态系统中的广泛分布至关重要。在本研究中,克隆植物活血丹(Glechoma longituba)母株分别处于四种不同频率的UV-B辐射环境中(即无UV-B辐射,1天的UV-B辐射,20天UV-B辐射以及40天UV-B辐射),而子株生长于自然光条件下。41天实验结束时对母株以及各级子株的生长相关指标(生物量分配、叶面积、比叶面积SLA)以及防御性指标(紫外吸收化合物含量)的测定来确定UV-B辐射对活血丹生长及其表型的影响。并在此基础之上结合甲基化敏感多态性分析(MSAP)技术对表观遗传学指标(DNA甲基化水平)进行分析,从而探讨以下科学问题:(1)活血丹对其曾经经历过的UV-B辐射能否形成表观遗传学记忆?(2)如果能,那么不同UV-B辐射频率所形成的记忆印记程度是否不同?(3)母株的不同UV-B环境对活血丹子株生长的影响。本研究所获得的主要结果如下:(1)对其曾经经历过的UV-B辐射,克隆植物活血丹能够形成表观遗传记忆,具体表现为DNA总甲基化水平的下降。并且对不同的辐射频率所形成的记忆印记有所不同,总甲基化程度随着辐射频率的增长而逐步降低。(2)母株的UV-B辐射记忆可以跨世代进行传递,但记忆的时效性因辐射频率而异。对短期UV-B辐射(1天)所形成的记忆是短暂可逆的,而中高频率的辐射(20和40天)所诱导记忆相对较稳定。(3)母株所经历的不同UV-B辐射会导致子株以及克隆基株不同的生长行为,从而表现为不同的生存策略。例如,若母株处于低频UV-B辐射环境中,后代分株表现随机生长,即生长相关指标(生物量,叶面积及SLA)在各个分株之间随机变化;当母株处于中频辐射环境中时,后代分株表现为均匀生长;而母株遭受高频辐射时,生长投资倾向于年长的子代分株。然而,防御性物质紫外吸收物的投资分配有所不同,母株处于低频辐射环境中,更多的防御物质倾向于分配给较老的分株,而母株如果处于中、高频辐射环境中,则结果完全相反,防御物质将更多的分配给较年轻的分株。最终,在低频辐射环境中克隆基株的总生物量得到了提高,但在中高频辐射中则受到了抑制。(4)活血丹的生长指标受到母株UV-B辐射所形成的DNA甲基化变化的显著影响,而后代各级分株的紫外吸收物含量以及SLA变化与其母株的表观遗传记忆关系密切。综上所述,UV-B辐射下克隆植物的表观遗传记忆和表型可塑性的跨代效应是频率依赖性的,并且不同环境引起的表观遗传和表型的变化可能导致克隆植物的不同生长行为。本研究结果有助于我们全面深入理解UV-B辐射对植物的作用机制,以及克隆植物对环境的适应性对策。