晁代印来校谈植物功能基因组与矿质元素关系

5月4日下午,中国科学院上海生命科学研究所植物生理生态研究所研究员赵岱银在基因大楼A209报告大厅发表了题为“植物功能基因组与矿质元素的关系”的报告。

研究植物基因与矿物元素的关系具有重要的现实意义。在报告的开头,赵岱银解释了他从事这项研究的原因。首先,他强调矿物元素对植物的生长至关重要,因此将研究成果应用于农业将达到低投入高回收的效果,促进农业弹性的可持续发展。其次,人体需要通过食用食物来获得日常生活中的健康元素,研究其作用机理有利于种植更适合人类消费的作物。

植物中的离子群由基因组和外部环境决定。赵岱银选择了遗传学和自然环境适应性方面的良好研究对象拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为研究过程中的实验材料。拟南芥是一种旱生植物。当它吸收适合自己的磷酸盐时,它将不可避免地吸收类似磷酸盐的砷酸盐。然而,砷酸盐不能直接从植物中排出,所以植物会通过某些酶将砷酸盐转化为亚砷酸盐,亚砷酸盐会通过体表细胞排出。赵岱银和其他研究人员通过各种方法检测了这种酶的存在和结构。

在研究过程中,他们发现了一个有趣的现象:在染色体突变产生的四倍体植物中,钾离子含量特别高。这种现象是受特定基因还是染色体数目变异的影响?赵岱银等人进一步研究发现,当拟南芥染色体在不同环境下繁殖时,植物体内钾离子含量下降。染色体加倍时,钾离子含量增加,因此染色体变异因素更为重要。

后来,赵岱银等人研究了不同地理环境下的多倍体植物。结果表明,多倍体植物确实在特定生境或特定地质时期有规律地富集矿物元素。研究发现染色体加倍有助于拟南芥提高其对高盐环境的适应性并增加根细胞的体积。赵岱银说,事实上,现有的文章已经揭示了柑橘多倍体的富集。另一项研究表明,盐胁迫可以诱导烟草悬浮系相关实验中的细胞多倍体化。根据地质记录,至少一个多倍体富集的地质时期的地表显示了高盐环境。最后,赵岱银提出了一个模型:大灭绝前的植物大多是二倍体,大灭绝中的植物出现了高盐环境,大多数存活下来的植物是多倍体。后来,物种爆发大多是二倍体。

报告结束后,许多学者对这项研究进行了热烈的讨论。

赵岱银,中国科学院上海生命科学研究所植物生理生态研究所研究员、博士生导师,中央组织部“青年千人计划”获得者,在《科学》、《自然细胞生物学》、《基因发育》、《植物细胞》、《公共科学图书馆遗传学》等国内外顶尖或核心期刊上发表论文18篇,引文近800篇。他获得了5项专利和1项国际专利,并参与撰写了高等教育出版社《植物生理与分子生物学》的第三和第四版。目前,他是F1000的副评论员,也是《植物生理学》、《新生理学》、《植物细胞生理学》、《分子植物》、《公共科学图书馆》(PLoS One)等国际知名期刊的评论员。