短期干旱“記憶”可提升水稻抗旱機制

水稻是我國最主要的糧食作物之一，其生長過程需水量較大，環境干旱對其生長、產量都是一個不容忽視的威脅。中國科學院昆明植物研究所首次在水稻中驗證了干旱“記憶”的存在，并建立了形成水稻干旱“記憶”的方法。

植物在自然生長過程中往往會經歷多次相同的環境脅迫，為了維持正常生長，很多植物會在經歷多次脅迫時，表現出較經歷第一次脅迫更強的抗逆能力，即植物具有脅迫“記憶”的能力。在眾多的環境脅迫中，干旱是對作物影響較大、破壞性較強的一種。探索水稻中是否存在干旱記憶，可完善水稻抗旱機制的研究，另一方面可對提高水稻抗旱能力提供新的思路和備選基因庫。

中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊劉莉課題組通過轉錄組鏈特異性測序的方法，得到大量與水稻干旱“記憶”相關的候選差異表達基因。而其中有大量的基因在表達水平上呈現出隨處理時間的“記憶”規律，即表現出與第一次干旱脅迫時不同的變化趨勢。從四個相關處理點，該研究獲得了6885個干旱記憶轉錄本，以及238個干旱“記憶”長鏈非編碼RNA，并根據表達趨勢變化，將干旱記憶基因分為五種變化趨勢類別的16個表達趨勢模式。其中一個模式包含的基因經常會被研究植物干旱的研究者們忽略，因為這類基因在首次干旱脅迫時并不會發生差異表達，而在后期多次干旱脅迫下才會產生顯著地差異表達現象。這一研究不但證明了水稻在合適的反復干旱處理條件下可以形成干旱記憶，還進一步對其機制進行探究，發現長鏈非編碼RNA、DNA甲基化以及內源激素均參與到這一短期干旱“記憶”的形成過程，可能承擔了“記憶”因子的使命，進一步激活光合作用、脯氨酸合成等代謝途徑中“記憶”轉錄本的表達，從而提高植物在應對后期干旱脅迫中的能力。

相關研究結果以“生理和轉錄組分析揭示干旱脅迫下水稻的短期反應和記憶形成”為題，最新發表在綜合性期刊《遺傳學前沿》上。