科技日报记者 赵汉斌
蔓菁，是我国青藏高原藏族和西南地区彝族群众传统种植的作物，归十字花科芸薹属，具有药用、食用、饲用等价值。一直以来，人们并不清楚以蔓菁等为代表的高原植物，缘何能适应高原的强紫外光辐射。要解析其分子机制，也颇费思量。
记者4月14日从中国科学院昆明植物研究所获悉，该所青藏高原植物进化与适应研究团队近期取得的系列成果，成功解析了植物适应青藏高原强紫外辐射的分子机制，并为理解植物如何适应青藏高原强紫外辐射提供了新的理论参考。近日，国际期刊《植物生长调节杂志》和《植物综合生物学杂志》发表了相关成果。
青藏高原上种植的蔓菁
农户收获蔓菁
蔓菁是植物适应极端环境的理想研究对象
青藏高原的平均海拔超过了4000米，是全世界海拔最高、面积最大的高原，强烈的紫外辐射是高原环境的典型特征之一。
其中，波长为280-315纳米的中波辐射段紫外光（UV-B），对人体皮肤影响最为明显，也是导致晒伤和红斑的“祸首”。在阳光照射下，这种紫外辐射能使皮肤变红、发痛，甚至形成晒伤、水泡和脱皮等。长期暴露在这样的辐射下，还会增加罹患皮肤癌的风险。
低剂量的中波辐射段紫外光辐射，是一种环境信号。植物的紫外抗性蛋白UVR8，可感受并让紫外光诱导的植物光形态建成，进而调控植物发育。但强紫外光则会破坏DNA，引发活性氧积累，并对植物造成损伤。但这对青藏高原及其周边高海拔地区种植的蔓菁来说，似乎无关痛痒。
此前，中国科学院昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应专题研究组团队，曾以全新的研究，揭示了假基因的不同进化模式，对同是芸薹属而风味迥异的蔓菁与白菜造成影响，并成功建立了蔓菁基因原位杂交技术和基因编辑体系，获得了高质量基因组，让蔓菁成为研究植物如何适应青藏高原极端环境的理想材料。
实验用的两个蔓菁地方品种
花青素赋能，助植物“招架”紫外辐射
同质园实验，是把不同来源的植物物种或不同生境居群的个体植物种类或品种，引种栽培在环境因素相对一致的同一园地内，然后对其相关性状等进行比较分析的一种实验方式。
在拉萨，研究团队利用同质园实验，比较了两个蔓菁地方品种（KTRG-B48a和KTRG-B48b，分别简称为“品种a”和“品种b”）的高原适应性。结果表明，品种b的块根鲜重和花青素含量，均显著高于品种a。经过室内中波辐射段紫外光处理后，两个品种差异表达基因的表达模式明显不同，其中品种b蔓菁的花青素生物合成途径相关基因被快速激活。
花青素和茉莉酸调控植物耐UV-B辐射的工作模式图
“花青素具有清除活性氧的能力，通过比较中波辐射段紫外光处理后两个地方品种的活性氧含量，我们发现品种b的过氧化氢和超氧化物的含量显著低于品种a。”课题组负责人、论文共同通讯作者杨永平研究员介绍。
研究人员还发现，经过中波辐射段紫外光处理品种b，其茉莉酸含量高于品种a，表明茉莉酸同样具有提高植物应对中波辐射段紫外光辐射的耐受能力，但这类紫外光如何激活茉莉酸合成，仍是未解之谜。
植物耐UV-B辐射的工作模式图
“为解开这一谜团，我们进一步利用生物化学与分子生物学技术，并结合遗传学开展研究。”论文共同通讯作者孙旭东博士介绍。
经过重重解析，原来二聚体的紫外抗性蛋白被中波辐射段紫外光激活后形成单体，进入细胞核并直接结合转录因子TCP4，增强了其结合茉莉酸合成关键基因LOX2启动子的能力，促进了后者表达，进而提高了茉莉酸含量。这也进一步激活了花青素合成通路，最终增强了植物对中波辐射段紫外光辐射的耐受性。
据悉，这一系列研究结果，可以概述蔓菁对紫外辐射耐受性的转录组响应，也拓展了人们对植物花青素生物功能的认识。
（昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应研究团队供图）
