DHAP诱导天山云杉自毒作用发生的分子机制研究

The study focused on Picea schrenkiana (Schrenk spruce) which had importantly ecological value. The hypothesis of “autotoxic effect as the main reasons for regeneration problem of Schrenk spruce forest” was considered as the standpoint of research. The physiological and ecological performance of Schrenk spruce induced by different concentrations of DHAP (3,4-dihydroxy-acetophenone, as major autotoxic chemical) were assembled. In aid of the methods of plant physiology, molecule biology and information biology, physiological response, protein expression and transcriptome analysis of allelo-chemicals-plant were intersected and syncretized to explore the molecular regulatory network in autotoxic effect, and to explicate the mechanism involved in regeneration of forest community of Schrenk spruce. Above all, this study could have important science significance.

本项目以具有重要生态价值的天山云杉为研究对象，以“天山云杉更新障碍的自毒作用”假说为立足点，从DHAP（3,4-二羟基苯乙酮，被证实的主要自毒物质）诱导天山云杉自毒作用发生的浓度差异性生理生态表象入手，借助植物生理学、分子生物学、生物信息学的研究手段，将自毒物质的生理感应响应、蛋白质表达、转录组分析作为有机统一体，在明晰多条生理调控通道的交叉与融合过程中，揭示自毒作用发生的分子调控网络，探索解释天山云杉森林群落建群种更新障碍问题的内在机制。本项目研究具有重要科学意义。

天山云杉（Picea schrenkiana Fisch. et Mey.）是亚洲中部山地地带性森林植被建群种，是构成天山乃至整个新疆森林生态系统的物质主体，为新疆绿洲生态系统的生命之源，对水源的涵养发挥着不可或缺的重要作用。林业工作者在近70年的管理实践中发现，自然干扰体制决定的天山云杉纯林中出现了土壤种子库活力种子数下降、种群内树龄结构单一化、林木生产力水平下降等更新障碍问题。针对这一问题，自20世纪50年代起就有人研究，从林分结构、森林采伐方式、种子产量与活力、林下光照、水分、养分等无一不被涉足，但是从研究结果和所产生的效果来看，距离对这一问题的解决还有非常大的差距。课题组在以往研究中提出天山云杉“天然更新障碍的自毒作用假说”，找到了天山云杉天然更新障碍的自毒作用方式、自毒作用发生的化学物质基础，本课题主要任务是阐明DHAP自毒作用发生的分子调控网络。.研究结果提示，DHAP（低浓度）对实生苗生长促进作用是通过诱导植物胁迫响应公共通路（PYR/PYL/RCAR），增强ABA负调控子ABI1表达量，通过增强ROS活性提高分生组织活性，促进种子萌发和主根生长。同时，通过诱导ABI1- sHSP22作用，增加PIN蛋白载体流，提高生长素响应促进侧根生长。DHAP（高浓度）对实生苗生长抑制作用是通过诱导植物胁迫响应公共通路（PYR/PYL/RCAR），降低ABA负调控子ABI1表达量，增加SnRK2蛋白激酶量，提高bZIP转录因子磷酸化水平，通过启动ABA-induced相关基因表达，抑制植物生长。研究工作丰富人们对北方森林更新障碍不确定性的认识，为天山云杉林可持续经营策略制订提供科学依据。