华南农业大学黄巍课题组发现蒺藜苜蓿根的生物节律调控存在物种特异性和组织特异性学术资讯

生物钟是一种内源性的计时机制，可以预测外界环境的周期性变化，使生物体内在节律与外界环境变化达到时空上的同步，最大限度地趋利避害，增强环境适应性和竞争力。近年来多项研究表明，生物钟的改良和优化在农业领域中具有增产的潜力，然而植物生物钟大部分调控机制来自于拟南芥的研究，生物钟调控的物种特异性是生物钟研究从拟南芥向作物推进的主要障碍。

根系对水分和营养物质的吸收利用是决定作物产量的关键因素。由于生物钟还存在组织特异性，植物根的节律和地上部显著不同，目前还不十分清楚在根中哪些基因及生理过程受环境的光暗变化和节律调控。除此之外，根茎之间节律信号如何传递和协调也是近十年来植物生物钟研究所关注的核心问题之一。在拟南芥中，地上部的节律比地下部运行得更快且更强劲。综合其他试验的结果，目前流行观点认为根的节律主要可能是由地上部的光合作用产物信号所驱动。但也有研究认为根节律可以受到组织或土壤渗透的微弱光信号调控。相关问题一直是国际顶级期刊关注的焦点，但总体来说，目前对根茎节律耦合机制的认识还不够清楚。

苜蓿是最重要的豆科牧草，最新研究发现，生物钟可以调控蒺藜苜蓿的结瘤，使蒺藜苜蓿的根的节律研究成为生物钟调控固氮的重要方向。JIPB近日在线发表了华南农业大学黄巍课题组题为“Circadian Rhythms Driving a Fast-Paced Root Clock Implicate Species-Specific Regulation in Medicago truncatula”的研究论文。通过对蒺藜苜蓿地上部和地下部进行连续取样转录组分析，建立了首个蒺藜苜蓿的根的昼夜转录组和节律转录组数据库，为苜蓿根系生物钟研究提供了数据平台，也对拟南芥和其他作物的根节律和根输出途径研究起到推动作用。该研究发现，蒺藜苜蓿根的节律运行比地上部更快，该结果与拟南芥相反，表明由拟南芥研究所推导的生物节律由地上至地下的层级传导模型可能需要修订和补充。该结果说明蒺藜苜蓿根生物钟存在物种特异性，提示了存在独立于层级传导模型的其他调控方式的可能性。此外，该研究还发现部分固氮相关基因的表达具有节律性，为生物钟调控豆科植物固氮的机制提供了新线索。