红树林对极端气候响应与适应的分子生态学机制

The present study aims to investigate molecular ecological mechanisms of mangroves in dealing with extreme climates. Mangrove ecosystem is a typical ecosystem distributed in subtropical/tropical intertidal shores. Typical mangrove species distributed in high, moderate and low intertidal zones (e.g., Avicennia marine, Kandelia candel, Bruguiera gymnorrhiza, Aegiceras corniculatum etc.) are selected as plant materials to explore their physiological and molecular mechanism of mangroves for response/adaptationto extreme climates by the macro and micro scale. The expression and regulation of encoding anaerobic stress protein genes (waterlogging related genes), anti-drought protein kinase gene and cold tolerance genes in mangroves are investigated by stimulating extreme climates (e.g., sea-level rise, drought and floods, extremely lower temperature). It will be given for molecular ecological mechanism of mangroves for response and adaptation to extreme climates. The outcomes of the present study not only provide a guild for mangrove protection and management in dealing with extreme climates but also potentially assist in the construction of coastal shelterbelt system.

以热带、亚热带典型生态系统—红树林为研究对象，以极端气候为主线，从宏观和微观两个尺度,开展红树林对极端气候响应与适应的分子生态学机制研究。选择高、中、低潮间带代表性红树植物—白骨壤、秋茄、木榄和桐花树等，模拟气候变化所导致的海平面上升、干旱、洪涝和低温等因素，揭示红树植物对极端气候响应与适应的生理生态学特征；通过红树植物耐涝基因、抗旱基因筛选及功能基因组学、冷胁迫基因研究,揭示红树植物编码厌氧胁迫蛋白基因、抗旱蛋白激酶基因、冷胁迫基因表达与调控机制；阐明红树林对极端气候响应与适应的分子生态学机制，为应对全球气候变化，针对红树林生态系保护与发展提出科学有效的生态管理方法与模式，为我国沿海防护林体系建设提供理论依据和技术支持。

红树林对热带、亚热带生态系统的维持与发展起到关键性作用，并在全球气候变化过程中扮演重要角色，在全球气候变化背景下，如何开展红树林研究、保护与发展工作已成为当前国际上所面临得十分紧迫的艰巨任务。本项目主要开展了红树林对极端气候响应与适应的分子生态学机制，并取得了重要研究进展：（1）揭示了红树植物对极端气候响应与适应的生理生态学特征，其中红树植物秋茄、白骨壤和桐花树等抗高低温度、耐干旱和耐水淹性能良好，阐明了根系通气组织的形成是红树林应对潮汐淹没的结构适应机制，低潮间带红树植物物种秋茄、桐花树等更适应海平面上升；（2）揭示干旱和水淹胁迫下秋茄、桐花树ADH表达与调控机制，秋茄的耐干旱程度要优于桐花，桐花树耐涝能力要强于秋茄，发现了水淹胁迫相关基因的表达受转录水平，转录后水平，翻译和翻译后调节等多个水平调控，启动红树植物乳酸酵解途径、抗氧化酶系统和缺氧诱导的应激酶系统等应对海平面上升等；（3）揭示高温胁迫下白骨壤AmP5CS基因和AmCDPK基因表达与调控机制，发现AmP5CS和AmCDPK可能参与了白骨壤抗热调节过程的不同阶段，AmCDPK具有干旱应答、低温诱导等功能；（4）揭示了秋茄、桐花树和木榄等CBF/DREB1转录因子参与了冷胁迫、高盐胁迫和重金属胁迫的交叉响应信号传导，发现秋茄KoHsp70、KoAqp等基因参与均低温胁迫低响应，蛋白组学研究表明对低温胁迫应答机制是一个涉及多系统、多水平的复杂过程。揭示了红树林对极端气候响应与适应的分子生态学机制，提出了红树林具有“四高”特性的新观点，填补了国际《红树林分子生态学》研究空白。项目已发表论文25篇，其中SCI收录论文24篇，出版专著1部、专刊2期，获授权国家发明专利2项；项目部分研究成果获2015年度广州市科学技术进步一等奖，“红树林对极端环境响应及其分子生态学适应机制”项目通过2019年度海洋工程科学技术奖一等奖初评答辩，项目组成员有1人入选2016年度“珠江人才计划”海外青年人才引进计划、 1人获2016年“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才和2017年度“广州珠江科技新星”称号；已培养博士和硕士研究生8名、出站博士后2名。项目取得成果将为国家应对气候变化、红树林生物资源保护与发展提供重要的科学理论依据。