Plant Cell | 竹藤前沿 ！中国学者揭示竹子快速生长生物学机制！

竹子是世界上生长速度最快的植物之一，如毛竹(Phyllostachys edulis)生长速度最快时每天可达114.5 cm。竹子为何有如此快的生长速度，其生物学机制如何？一直是植物学界科研人员颇感兴趣但仍不清楚的科学问题。近日，南京林业大学竹类研究所魏强教授团队联合美国康奈尔大学、印度农业科学研究院、国际竹藤中心、江西农业大学与复旦大学等多个研究团队，经过近8年的接力研究，在多个层面综合揭示了毛竹快速生长之谜。其研究结果明确了毛竹快速生长的细胞学基础及其潜在的生理与分子调控机制，揭示了环境因子—基因—快速生长影响毛竹居群节间长度的潜在协同机制，创新并丰富了竹子高生长理论。该成果于2022年6月29日在线发表在国际植物学顶级期刊《Plant Cell》上，文章题目为：Rapid growth of Moso bamboo (Phyllostachys edulis): Cellular roadmaps, transcriptome dynamics, and environmental factors。《Plant Cell》由美国植物生理学会主办，是基础研究领域最有影响的顶级学术杂志之一，最新影响因子：12.1，是学业界公认的植物学基础研究领域的旗舰刊物。该文章是竹学领域首篇发表在《Plant Cell》的论文，标志着我国在竹子基础研究领域实现了新突破。

研究人员通过分析中国17个毛竹主产区毛竹居群510根竹秆、12,750个节间长度，结合高生长动力学分析，发现毛竹竹秆从下往上第18个节间是毛竹竹笋高生长的代表性节间。在此基础上，研究人员通过综合运用解剖学、数学、生理学以及转录组和分子生物学数据，详细描绘了该典型高生长节间的时空生长发育模型、转录调控网络和环境调控因子，得出如下研究结果：(1)毛竹在进行快速生长时，有多达40个节间在同时进行不同程度的伸长生长。此外，毛竹节间生长是模块化生长，其生长中的节间包括细胞分裂区(最长达2 cm)，细胞伸长区(最长可达12 cm)与次生细胞壁增厚区，与之前研究的孝顺竹(Bambusa multiplex)节间生长模式类似，但其分裂区和伸长区较孝顺竹更长。这些生长区每天最快可伸长11.8 cm，产生约5.7亿个细胞，同时沉积约28 mg/g (干重)木质素和约44 mg/g (干重) 纤维素，远超其他植物的营养生长。(2)赤霉素可能是直接诱导毛竹快速生长的主要激素; 细胞分裂素减少和生长素积累是诱导细胞分裂区细胞停止分裂并开始伸长生长的潜在生理因素；脱落酸和机械压力可通过上调-转录因子PeMYB83L刺激次生细胞壁快速增厚。(3)毛竹种群节间长度的差异可能是由快速生长引起的机械压力介导的一种权衡，并可能受环境温度与细胞分裂和伸长相关基因的共同调控。

南京林业大学博士生陈铭为该论文第一作者，南京林业大学竹类研究所魏强教授为该论文通讯作者。此外，南京林业大学丁雨龙教授与Muthusamy Ramakrishnan副教授，美国康奈尔大学费章君教授与焦晨博士(现为浙江大学百人计划研究员)，印度农业科学研究院Kunnummal K. Vinod教授，国际竹藤中心高志民研究员，江西农业大学于芬副教授，复旦大学任国栋教授；南京林业大学博士生郭琳，硕士生高志鹏，查若飞与王春月都参与了此项工作，并做出了重要贡献。

该研究同时得到了国家重点研发计划项目：“竹藤生物质形成的遗传调控机制”课题“竹子生物质运输分配与茎秆形态建成调控分子机制(2021YFD2200503)”和“竹资源高效培育关键技术研究”项目课题“笋-竹生长发育机制与生长性状评价(2018YFD0600101)”；国家自然科学基金(32071848；31960336）；国家林业公益性行业科研专项(201504106); 江西省“双千计划”(S2019DQKJ2030); 江苏省“青蓝工程”；南京林业大学杰出青年基金（JC2019004）与南京林业大学标志性成果培育项目(202211)等的资助。

转自：植物生物技术Pbj

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