彌勒苣苔（Paraisometrum mileense W. T. Wang）是苦苣苔科 Gesneriaceae 彌勒苣苔屬 Paraisometrum 的唯一物種。該物種原以為已滅絕百年，最近被中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的研究人員重新發(fā)現(xiàn)。因其野外居群少、植株個(gè)體少，被列為“極小種群物種”，亟需進(jìn)行生物學(xué)特性和種質(zhì)資源保護(hù)研究。
昆明植物所李唯奇研究組發(fā)現(xiàn)彌勒苣苔是一種復(fù)蘇植物。復(fù)蘇植物(Resurrection plants)是一種能夠耐受極度干旱的植物，其經(jīng)常以脫水時(shí)忍受傷害、在復(fù)水時(shí)修復(fù)傷害的策略保持細(xì)胞膜的完整性，從而能夠在經(jīng)歷低于10%相對(duì)含水量后仍然可以存活，具有研究和發(fā)掘植物抗旱機(jī)制和基因資源的重要價(jià)值。該研究組解析了彌勒苣苔復(fù)蘇過(guò)程中的膜脂分子變化，發(fā)現(xiàn)其具有與眾不同的復(fù)蘇機(jī)制——沒(méi)有膜“傷害、修復(fù)”的過(guò)程，而是維持質(zhì)外體膜的穩(wěn)定不變，直到致死性的脅迫臨近時(shí)，膜系統(tǒng)突然崩潰。深入的研究發(fā)現(xiàn)，彌勒苣苔的膜脂降解過(guò)程也與眾不同，缺乏常見(jiàn)的磷脂酶D介導(dǎo)的磷脂酸“庫(kù)”降解途徑，而代之以復(fù)雜的二脂酰甘油“庫(kù)”降解途徑。由此研究者提出一種新的植物耐受干旱的機(jī)制，即植物降低磷脂酶D的活性以阻滯流經(jīng)磷脂酸庫(kù)的膜脂降解過(guò)程，使得其能夠在一定的脫水脅迫下維持膜的完整性；當(dāng)致死脅迫來(lái)臨，所產(chǎn)生的大量膜脂降解“沖入”二脂酰甘油庫(kù)，膜脂降解才得以往下游行進(jìn)，致使膜崩解。彌勒苣苔以這種機(jī)制演繹了“維持或者崩解”的耐旱策略。
超低溫保存技術(shù)是植物種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存的重要手段。為了更好地保存彌勒苣苔的種質(zhì)資源，該課題組還對(duì)彌勒苣苔開(kāi)展了超低溫保存研究。通過(guò)離體葉片誘導(dǎo)不定芽，以長(zhǎng)度約2毫米的不定芽作為超低溫保存的外植體，通過(guò)微滴玻璃化(droplet vitrification)途徑設(shè)計(jì)超低溫保存方案。在優(yōu)化了蔗糖預(yù)培養(yǎng)的濃度和時(shí)間、PVS2處理時(shí)間和冷馴處理等玻璃化處理后，使得超低溫保存莖尖的再生率達(dá)到86%。該研究也為苦苣苔科植物通用性超低溫保存方案的建立奠定了基礎(chǔ)。
以上研究成果分別發(fā)表在 PLoS ONE（第一作者李愛(ài)花）和超低溫生物學(xué)期刊 Cryoletters （第一作者林亮）上。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目和中科院百人計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
圖1 彌勒苣苔和擬南芥植株的脫水復(fù)水情況。A. 彌勒苣苔B. 擬南芥C.相對(duì)含水量(RWC)變化。
圖2 彌勒苣苔不定芽超低溫保存后再生情況。（a）解凍后的莖尖在恢復(fù)培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周（標(biāo)尺為1毫米）；（b）解凍后的莖尖在恢復(fù)培養(yǎng)8周以后形成簇狀不定芽（標(biāo)尺為1厘米）；（c）超低溫保存后再生的植株在生根培養(yǎng)后形成完整植株（標(biāo)尺為1厘米）；（d）移栽后12周的組培苗（左）和超低溫再生植株（右）（標(biāo)尺為1厘米）。
