李晨

银杏凭什么能活千年?
2020-01-15 16:34
来源:中国科学报

 

贵州省福泉市李家湾的千年古银杏树依然生长旺盛。田亮供图

贵州省福泉市李家湾的千年古银杏树依然生长旺盛。田亮供图

与自然界中旺盛生长几百年甚至几千年的某些树木相比,动物的长寿不算什么。但人们此前对树木,例如银杏的长寿机制却一直不清楚。

近日,美国《国家科学院院刊》在线发表了中外科学家团队截止目前最为全面的树木长寿机制研究成果。他们选用银杏树干维管形成层为主要研究材料,综合运用细胞学、生理学、多组学和分子生物学等手段,揭示了银杏古树长寿的内在机制。

论文作者、扬州大学教授王莉告诉《中国科学报》,树木生长主要来源于顶端分生组织和侧向维管形成层的分裂分化,但树木生长到一定年龄以后就不再升高,因而无法反映年龄的变化。树木主干维管形成层每年都能分裂分化出新的韧皮部和木质部,维系着树体的生长,是研究古树长寿机制的理想材料。

该研究通过年轮测定技术结合DBHs的分析,确定了34株银杏树的真实树龄,其树龄分布在15年—1353年,并将其中不同树龄的树木分为三组进行比较研究。结果发现,与成年树相比,古树组(193年-667年)形成层细胞层数变少,新产生的年轮宽度变窄,生长素(IAA 含量下降,脱落酸(ABA)含量上升,细胞分裂分化相关基因表达下降,表明古树中维管组织生长变缓。然而古树树干的横截面积增加量(BAI)仍处于高水平,显示银杏古树形成层干细胞仍具有较强的持续不断的分裂能力。

该研究进一步测定了古树叶片光合指标、种子繁殖能力、衰老相关的标记基因、miRNA及靶基因、自噬基因等,均未发现有显著变化。此外,研究人员还在银杏叶片衰老过程以及更多年龄段的其他银杏植株中,进行了相关基因的验证。这些形态、生理和分子水平上的结果揭示,银杏古树在整体上仍处在健康的成年状态,依旧保持“青春活力”,尚未进入衰老阶段。“银杏古树维管形成层细胞的持续分裂能力,在避免衰老过程中发挥了重要作用。”王莉说。

论文作者、北京林业大学教授林金星介绍,树木最终大多因为环境胁迫或病害而导致衰老和死亡。为了了解树木是否随着年龄的增长而更容易受到这种压力的影响,他们检查了与病原体抗性和保护性物质产生有关的基因。结果,他们在银杏古树维管形成层细胞中鉴定到62FLS2EFR的成员和457R基因,尤其是R基因的数量远远多于其他物种。此外,木质素单体、类黄酮和芪类化合物代谢通路的基因数量和表达在古树组中也没有下降。

论文作者、美国北得克萨斯大学丹顿分校教授Richard Dixon说,这是一种“惊人的”能力,可以帮助银杏健康生长数千年。银杏古树可能通过持续合成木质素等物质,增加树干的密度和强度,以支撑不断增粗的树体,同时通过大量R基因的持续表达,以及积累具有特殊保护功能的代谢物来提高树体抗性,抵抗各种生物和非生物胁迫,从而大大延长了树体的寿命。

综上所述,科学家认为,银杏古树长寿并非某单一的长寿基因调控,而是生长与衰老过程中多个因素综合平衡的结果。该研究成果对揭示树木在个体水平上的生长与衰老调控机制具有重要科学意义。

该项工作得到了国家自然科学基金等项目和111引智计划项目的资助。

 

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1916548117

 
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