光生物学研究的新契机！

12月7日，中国科学院植物研究所的研究人员在《PNAS》上撰文揭示不同环境条件对植物胁迫应激反应的协同效应。

为应对环境胁迫，植物在初次胁迫后往往采取一种记忆反应，以便对类似胁迫做出更快速有效的反应。光是否参与了这一过程，一直未有明确的结论。脯氨酸的积累是高等植物应对环境胁迫过程中产生的一种典型代谢适应行为。这项研究表明，盐胁迫诱导的脯氨酸积累是持续的，而HY5依赖性光信号是这一记忆反应所必需的。

图1 光调节盐胁迫诱导的TMP模型

进一步的研究表明，在恢复期（脯氨酸积累量降低）阶段，盐诱导的P5CS1转录记忆，与P5CS1上H3K4me3的水平保持升高有关。HY5可直接结合P5CS1启动子中的光响应元件C/A-box。去除C/A-box或hy5 hyh突变可导致P5CS1上H3K4me3水平的迅速降低，从而导致胁迫记忆反应障碍。这些结果揭示了一种新机制，而光正是凭借这种机制，通过HY5保持记忆基因上的H3K4me3水平，调节盐胁迫的转录记忆。

环境胁迫，特别是植物盐胁迫机制，在基因水平上的研究已经相当深入。当然，生理功能上的研究也并没有落后。早在2005年，非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology，NMT）研究者已经对植物盐胁迫过程中离子平衡对光化学反应的影响进行了深入研究。旭月研究院顾问Sergey Shabala教授，利用NMT测定离子流，研究了四种二价阳离子Ba2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+对大麦盐胁迫的缓解机制。

图2 四种二价阳离子Ba2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+对缓解大麦盐胁迫引起的K+外流的差异

研究发现低Ca2+水平下，NaCl引起了叶绿素含量和气孔导度的显著下降，添加Ca2+能使植物恢复正常的PSII光化学效率和叶绿素含量。在离体叶片实验中，不仅是Ca2+，而且其他的二价阳离子（特别是Ba2+和Mg2+）也能显著缓解盐胁迫对叶片光化学效率的影响。在离子平衡层面发现，二价阳离子除阻止Na+通过NSCC进入细胞，还能提高K+转运体的活性，促使叶片维持更高的K+/Na+比来保证正常的光化学效率。

非损伤微测技术对于光生物学研究的助力是显而易见的。近期，中科院植物所已经采购旭月非损伤微测系统，期待研究者们在生理功能水平上，推动光生物学研究的进一步发展。

参考文献：

[1] Feng X., et al. Light affects salt stress-induced transcriptional memory of P5CS1 in Arabidopsis. P Natl Acad Sci USA. 2016, doi:10.1073/pnas.1610670114.
[2] Sergey Shabala, et al. Effect of divalent cations on ion fluxes and leaf photochemistry in salinized barley leaves. J Exp Bot. 2005, 56: 1369 - 1378.

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