浙江大學生命科學學院陳偉樂研究團隊在PNAS發文揭示植物根系功能性狀關聯性的遺傳基礎

“根系經濟學譜”理論反映了不同的根系性狀之間存在關聯性,而這種關聯性有助於植物種對局地環境進行適應。“根系經濟學譜”理論是根系生態學的覈心研究問題之一,但現時對於“根系經濟學譜”的形成基礎仍不明確。浙江大學生命科學學院陳偉樂研究員為第一和共同通訊作者,浙江大學生命科學學院為論文第一作者單位。

生態學家通過分析不同植物在根系資源投資和收益上的權衡關係(trade-off),提出了根系經濟學譜(root economics spectrum)的理論假設,即有些植物種的吸收根較細,構建成本低,有助於快速進行養分吸收,但根壽命較短;而有些植物種的吸收根較粗,構建成本高,養分獲取較慢,但根的壽命較長。“根系經濟學譜”理論反映了不同的根系性狀之間存在關聯性,而這種關聯性有助於植物種對局地環境進行適應。“根系經濟學譜”理論是根系生態學的覈心研究問題之一,但現時對於“根系經濟學譜”的形成基礎仍不明確。

近期,陳偉樂研究員聯合美國得克薩斯大學奧斯丁分校Thomas Juenger教授等團隊,從功能性狀遺傳的角度探討了“根系經濟學譜”理論的分子基礎。該研究通過以能源作物柳枝稷(switchgrass)作為研究對象,證實了根系的形態、生長和周轉等性狀之間存在遺傳相關性。實驗和資料分析表明,把源自低緯度lowland生態型的等位基因轉換為源自中高緯度upland生態型的等位基因,可以减少組織根長的構建成本,但會新增吸收根的周轉率。根系構建成本和根系周轉之間的遺傳權衡促進了根系構建、生長和周轉等策略沿物種分佈範圍(從溫暖到寒冷的氣候梯度)的局地適應。

圖1:柳枝稷主要功能性狀的遺傳關聯性

此外,柳枝稷作為一種能源作物,其地上的生物質被認為是化石燃料的替代品,而它的地下根系則有助於把葉片光合固定的碳儲存在土壤中。該研究發現,新增柳枝稷的地上產量與增强其根源性碳固存在遺傳和基因調控上並不直接衝突,表明了柳枝稷在“减排”和“固碳”這兩方面實現雙贏的巨大潜力。

研究成果以“The genetic basis of the root economics spectrum in a perennial grass”為題,於2021年11月19日線上發表於PNAS。浙江大學生命科學學院陳偉樂研究員為第一和共同通訊作者,浙江大學生命科學學院為論文第一作者單位。合作者來自美國得克薩斯大學奧斯丁分校(University of Texas at Austin),俄克拉何馬州立大學(Oklahoma State University)和密蘇裡大學(University of Missouri)。

原文連結:

https://www.pnas.org/content/118/47/e2107541118

資料標籤: 科普
本文標題: 浙江大學生命科學學院陳偉樂研究團隊在PNAS發文揭示植物根系功能性狀關聯性的遺傳基礎
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