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高精尖创新中心研究组在Nucleic Acids Research期刊发

ʱ䣺 2019-10-17

  五彩缤纷的叶片是秋天里一道美丽的风景线,殊不知这是由于叶片衰老过程中叶绿素降解引起的。叶片衰老是植物叶片发育的最后一个阶段,最终导致死亡。叶片是特异的进行光合作用的器官,植物投入了大量的能量和物质促进叶片生长。一旦叶片开始衰老,叶片对整个植物体的贡献就开始下降。叶片衰老过程也是一个程序化的影响物质回收、循环利用的过程。对于一年生植物而言,衰老叶片中的营养物质运输至生长旺盛的叶子、果实及种子中。因此,植物衰老的进程可以大幅度地影响农业生产的效益,比如粮食的产量及其品质。据在主要作物(玉米, 大豆、棉花、水稻、小麦)上的估算,后期功能叶片晚衰一天,产量可增加2-10%。对于多年生植物如树木而言,衰老叶片的氮等营养物质运输到树皮储藏蛋白BSP (Bark storage protein),以供第二年春天生长发育。基于对其调控机制研究的高度重视,2009年召开了以“植物衰老与作物增产和品质改良”为主题的香山科学会议第 351 次学术讨论会,并成立了由中国植物生理与分子生物学会领导的植物衰老成熟专业委员会。

  植物叶片衰老受到各种复杂外源环境信号、内源植物激素以及叶片年龄等因素的影响和有序时空调控,是重要的发育生物学过程。在正常生长条件下,叶龄是触发叶片衰老的主要因子之一,继而引起衰老相关基因SAGs(senescence-associated genes)的表达,调控叶片衰老进程。虽然已经有大量的研究涉及到叶片衰老调控研究,但这些信息都散落在文献中,不利于系统研究。为此,于2011年构建了第一版植物衰老数据库LSD,收集了21个物种的1145个基因,对这些基因提供了详细的功能注释、miRNA调控、蛋白互作以及突变体信息(Nucleic Acids Research, 2011, 39, D1103-1107)。2014年对数据库进行了升级LSD2.0,收集了44个物种的5356个基因和324个突变体(Nucleic Acids Research, 2014, 42, D1200-1205)。近五年来,国内外叶片衰老研究突飞猛进,鉴定出大量的SAG基因和突变体,并且揭示了新的调控机制如表观遗传调控等。升级的LSD3.0数据库收集了68个物种的5853个基因以及617个突变体的相关信息,并且整合了生态型(ecotypes)的叶片衰老信息。为了保证数据库的正常运行以及维护,LSD3.0整合到中国科学院北京基因组研究所国家基因组科学数据中心()。

  LSD3.0的升级工作由北京林业大学高精尖创新中心、北京基因组研究所、北京大学和南方科技大学联合完成。该论文第一署名单位为北京林木分子设计育种高精尖创新中心,青年研究员李中海和北京基因研究所博士生张阳为论文共同第一作者,香港挂牌完整篇。李中海与北京基因组研究所研究员章张为共同通讯作者。高精尖中心首席科学家郭红卫教授和PI夏新莉教授,中心的博士后王厚领和张易也参与了论文部分工作,该项目受到国家自然科学基金及中科院前沿科学重点研究计划等基金资助,以及高精尖中心启动资金的支持。(A19)