脂类组学解析植物脱水耐受性机制异同

The desiccation-tolerant plants exist in different classes of plants. The proportion of desiccation-tolerant species is diffent in mosses, ferns and angiosperms. The mechanisms of desicccation tolerance also different in these plants. The breakdown of membrane is the main reason for most plants couldn’t survive desiccation stress. The reseaches about the change of membrane lipids in desiccation-tolerant plants are less, and restricted in some species of angiosperms. In this project, with Physcomitrella patens, Selaginella tamariscina and Paraisometrum mileense as the object of research, adopts the method of lipidomics and Q-PCR, the change of membrane lipids and trancription level of genes,which are related to membrane lipids metabolism, were analyzed druring desiccation and rehydration process. Through the research,we could figure out these questions: (1) the change of membrane lipids in mosses, ferns and angiosperms; (2) the relation between the change of membrane lipids and desiccation tolerance;(3) the different mechanism which adopted by different classes of plants, and so on. Based on researches, we could get the mechanisms of desiccation tolerance in different class of plants through the view of lipids, and support the evolution of the desiccation-tolerant mechanisms in plants.

脱水耐受性植物常见于苔藓类植物中，蕨类、被子植物中的分布较少。不同类群植物的脱水耐受性机制存在着一定差异。膜系统在脱水复水过程中的不可逆损伤是植物不耐脱水的重要原因。然而目前对此过程中膜脂分子变化的研究较少，仅限于少数被子植物中，苔藓及蕨类植物中的研究鲜见报道，且不够深入。本项目拟以脱水耐受性植物小立碗藓、卷柏以及弥勒苣苔为研究对象，通过脂类组学检测方法（ESI-MS/MS）以及实时荧光定量PCR技术，系统研究植物在脱水复水过程中的脂类分子变化以及脂类代谢相关基因表达水平变化规律。由此回答耐脱水苔藓、蕨类以及被子植物在脱水复水过程中脂类代谢发生了怎样的改变；脂类代谢的改变与植物脱水耐受性之间的关系；不同类植物脂类代谢变化的异同及联系等科学问题。通过本项目的研究，可以在脂类代谢水平认识植物脱水耐受性机制的异同，为揭示脱水耐受性机制在苔藓、蕨类以及被子植物中的演化方式提供有力证据。

脱水耐受性植物常见于苔藓类植物中，蕨类、被子植物中的分布较少。不同类群植物的脱水耐受性机制存在着一定差异。膜系统在脱水复水过程中的不可逆损伤是植物不耐脱水的重要原因。然而目前对此过程中膜脂分子变化的研究较少，仅限于少数被子植物中，苔藓及蕨类植物中的研究鲜见报道，且不够深入。项目以脱水耐受性植物锐尖对齿藓、卷柏以及石花为研究对象，通过脂类组学检测方法（ESI-MS/MS）系统研究了这三种植物在脂类组成以及脱水复水过程中的脂类分子变化规律的异同。研究结果表明：（1）构成叶绿体膜脂的糖酯百分含量在苔藓、蕨类及被子植物中呈逐渐增加趋势，而质体膜脂中磷脂酰胆碱百分含量逐渐减少；（2）含有长链不饱和脂肪酸的甘油酯百分含量在苔藓、蕨类及被子植物中逐渐递减；（3）苔藓植物在脱水期脂类未发生明显变化，变化集中发生在脱水期后的一段时期，且各类甘油酯的变化规律一致，复水后逐渐恢复；（4）被子植物的脂类变化集中发生在脱水期，其中单半乳糖苷酯的降解最为明显，在脱水期后未有明显改变，复水后逐渐恢复；（5）蕨类植物的脂类变化发生时期同被子植物，但变化模式又与苔藓植物类似；（6）脂类研究结果证实“苔藓植物的脱水耐受性以复水过程诱导的修复作用为主，脱水过程中的组成型保护作用为辅；而被子植物的脱水耐受性则以脱水过程诱导的保护作用为主，复水过程中的修复作用为辅；而蕨类植物的脱水耐受性机制则位于两者之间”这一观点。通过本项目的研究在脂类水平上揭示了不同类群脱水耐受性植物脱水耐受性机制的异同，揭示了膜脂由苔藓、蕨类到被子植物的变化规律，证实了关于不同类群植物脱水耐受性机制存在差异的论点，为抗旱植物的育种提供了新的思路。