内源脱落酸与赤霉素互作调控克隆入侵植物表型可塑性的作用机制

The successful invasion of alien plants, which dominated by clonal reproduction, mainly depends on plants' rapid differentiation and growth, and these important physiological processes are closed related to interaction of endogenous hormones. Especially for clonal plants, endogenous abscisic acid and gibberellin, and their relative ration are even more important. This project intends to integrate physiological ecological, biochemical, molecular biological theories and methods, to clarify ecological significance and mechanism of endogenous abscisic acid and gibberellin interaction on successful invasion of alien plants，summarized as follows：(1) to study dynamic distribution characteristics of abscisic acid and gibberellin on specific growth stages and tissues on target plant populations under the field of natural habitats; (2) to elucidate the similarities and differences of spatial and temporal distribution characteristics of endogenous abscisic acid and gibberellin within and among target plant populations, under the controlled ecological experimental conditions; (3) to achieve RNA interference test on the target plant populations through gene cloning and plant genetic transformation technologies, combined with the test of exogenous abscisic acid and gibberellin addition, to verify the molecular ecological mechanism how interaction of endogenous hormones controls phenotypic plasticity of invasive plants. These results not only reveal ecological mechanism of alien plants invasion in the terms of endogenous hormones interaction on plant growth, but also contribute to lay the foundation for further preventiom and control of alien plants invasion.

外来植物的成功入侵必须通过植物快速分化和生长才能实现，而这些重要的生理过程与植物体内激素互作调控密切相关。对克隆植物，脱落酸与赤霉素及其相对比例尤为重要。本项目拟以成功入侵的外来克隆植物种群及其原产地种群和本地近缘种种群为研究对象，通过生态学、生理学、分子生物学等方法与技术，从以下几方面来阐明内源脱落酸与赤霉素互作对外来植物成功入侵的生态学意义和机制：（1）野外自然生境下目标植物种群在特定生长期及特定组织部位内源脱落酸和赤霉素含量的动态特征；（2）可控制生态实验条件下目标植物种群内及种群间内源脱落酸与赤霉素含量时空分布规律的异同；（3）通过基因克隆、RNA干扰及植物遗传转化技术，结合外源添加脱落酸与赤霉素的生态实验，揭示内源激素互作调控入侵植物表型可塑性的分子生态机制。项目结果不仅可以从内源激素对植物生长调节角度揭示外来植物入侵的生态学机制，还可进一步为外来植物的防控提供新的理论基础。

外来植物的成功入侵必须通过植物快速分化和生长才能实现，而这些重要的生理过程与植物体内激素互作调控密切相关。对克隆植物，脱落酸、赤霉素、生长素及其相对比例尤为重要。本青年项目课题以外来入侵植物南美蟛蜞菊为研究对象，从调控植物生长发育的关键因素—多激素间交互作用的角度解释入侵。自然条件下南美蟛蜞菊内源ABA、GA、IAA含量在不同生长期及组织部位是动态变化的，当ABA含量随生长期逐步升高并在根部大量合成时，GA含量在开花期由营养生长部位向生殖器官转移，而IAA则在叶片形成营养分配中心，增强叶片的光合作用，从而促进开花，开花期ABA/GA和ABA/IAA值较营养期高，可能有助于南美蟛蜞菊开花；低光处理能显著抑制南美蟛蜞菊的生长，植株根部GA及IAA、茎和叶片中ABA对光强处理有明显的响应，且较高的GA/ABA和IAA/ABA有助于南美蟛蜞菊对光强处理的适应性，GA3ox2、ARF6和PIN3基因在光强变化过程中无明显表达差异，而ERA1和HSP70基因的表达量受光强影响显著，揭示内源激素互作调控入侵植物表型可塑性的分子生态机制；施加氮能促进南美蟛蜞菊的生长，且氮浓度与植株生长指标呈正相关，ABA/IAA随氮浓度的升高呈下降的趋势，而ABA/GA则相反，并且IAA含量与植株的生理指标呈正相关，说明施加氮可以提高植株IAA含量从而影响植株的生长发育；PAC处理能显著抑制植株的生长，氮施加会改变PAC处理下植株内源激素的含量及其相互比例从而调控植株的光合作用，两者相互作用影响植株的生长发育；南美蟛蜞菊看家基因表达稳定性在植株不同生长期为TUB > EF1α>GAPDH> ACTIN > UBI > F-BOX，而在不同组织部位为EF1α> GAPDH > F-BOX > ACTIN > TUB>UBI。该项研究成果不仅可以从内源激素对植物生长调节角度揭示外来植物入侵的生态学机制，还可进一步为外来植物的防控提供新的理论基础。