差异光周期作用下野牛草相连克隆分株间生物节律同步化机理

生物节律是生物体内存在的与昼夜交替大致同步的生理生化反应周期性改变。这是生物系统发育过程中适应环境，并经自然选择而形成的具可遗传性的调节机制。自然界或生产中，植物往往由于生长环境的改变而导致植物生长及代谢昼夜节律的紊乱 (失同步)，甚至死亡。研究植物内源生物节律的调控（同步化），对于揭示植物适应异质性环境的机理具有理论意义，对于调控植物生长发育以及指导引种育种也具有实践价值。本项目以野牛草相连克隆分株为材料，对两相连分株设置不同光周期干预，（1）在明确内源性生物节律的基础上，（2）通过Ca2+螯合剂EGTA及其通道抑制剂VP等使用，利用荧光探针以及非损伤微测等技术，分析两分株 [Ca2+]动态变化，明确Ca2+振荡在生物节律同步化过程中的作用；同时（3）利用荧光差异蛋白表达分析系统，分析相连分株蛋白质表达的时空动态及其与生物节律的相关性。从信号转导及蛋白质组水平上揭示生物节律同步化机理。

节律同步化是植物适应变化环境的基础。植物生物节律的同步化过程实际上植物响应环境信号，并通过调节体内的生化反应，进而对生长及生理代谢进行调控，实现与节律性变化环境因子的同步。本项目以野牛草相连克隆分株为材料，（1）系统分析了野牛草相连分株生理生化指标动态变化规律，明确SOD、POD、CAT等抗氧化酶系统，IAA、GA、ABA等内源激素等均呈近24小时节律性变化。（2）明确了植株的生理生化代谢节律与环境光暗周期节律具有一致性和稳定性。在差异光暗周期持续处理7天后，生物钟完成重置，且重置后的节律相位趋同于与自然生境光暗交替规律相近的分株（目标株）。（3）初步证明Ca2+通过改变根系分生区浓度节律性变化参与了两分株响应异质性光信号并实现同步化的作用过程。（4）建立了野牛草转录组数据库，鉴定了121个节律转录本，分别代表已知的分别代表了CCA1，LHY，GI，ZTL，PHYA，PHYB，CRY2等16个节律基因，且相连分株节律转录本在不同光周期作用下的表达趋于同步。取得的主要成果有：1）在国内外核心刊物发表(含录用)研究论文5篇，其中SCI论文3篇，CSCD论文2篇；2）获授权实用新型专利3项；3）培养博士生2名、硕士生1名。综上，已完成项目规定的研究任务。