石斛屬(Dendrobium)是蘭科中物種最豐富的屬之一，其種類主要附生于樹干或扎根于巖壁。無論是哪種著生方式，它們都面臨著貧瘠且易旱的苛刻環(huán)境，這樣的生存挑戰(zhàn)塑造了石斛非凡的生態(tài)適應(yīng)性，并驅(qū)動(dòng)其演化出獨(dú)特的生存策略——其莖部特化為儲(chǔ)能器官，以甘露聚糖而非淀粉作為主要儲(chǔ)備多糖，同時(shí)積累花青素，形成強(qiáng)大的抗氧化系統(tǒng)。這一適應(yīng)性特征對(duì)石斛在極端環(huán)境中的生存與繁衍至關(guān)重要。然而，它們抗脅迫的分子機(jī)制一直未被揭示。

中國科學(xué)院華南植物園與福建農(nóng)林大學(xué)合作，研究發(fā)現(xiàn)DoMYB75能直接結(jié)合甘露聚糖合成關(guān)鍵基因DoCSLAs的啟動(dòng)子區(qū)域并激活其表達(dá)。抑制DoMYB75會(huì)降低水溶性多糖中的甘露糖和葡萄糖含量，并下調(diào)DoCSLAs表達(dá);而過表達(dá)DoMYB75則顯著提升這些單糖水平并上調(diào)DoCSLAs表達(dá)。有趣的是，過表達(dá)DoMYB75的鐵皮石斛材料出現(xiàn)了花青素積累增強(qiáng)的現(xiàn)象。進(jìn)一步機(jī)制解析表明，DoMYB75能通過直接結(jié)合并激活花青素合成關(guān)鍵基因DoANS基因啟動(dòng)子來促進(jìn)花青素合成。此外，研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)DoMYB75顯著提升了植株清除過氧化氫的能力，從而緩解了氧化損傷并增強(qiáng)了抗旱性。上述結(jié)果證明了DoMYB75通過協(xié)同調(diào)控多糖與花青素代謝，進(jìn)而增強(qiáng)鐵皮石斛抗脅迫能力(圖)。

相關(guān)研究成果以題為“DoMYB75coordinately regulates polysaccharide and anthocyanin biosynthesis inDendrobium officinale”發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊Horticulture Research上。研究首次揭示了MYB轉(zhuǎn)錄因子DoMYB75協(xié)同調(diào)控鐵皮石斛甘露聚糖與花青素生物合成的分子機(jī)制，以及其在干旱脅迫中的作用，為石斛品種的精準(zhǔn)選育及其適應(yīng)機(jī)制的研究提供了關(guān)鍵基因資源與全新理論視角。

中國科學(xué)院華南植物園何春梅副研究員為該論文的第一作者，段俊研究員和福建農(nóng)林大學(xué)劉仲健教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院華南植物園司燦博士、李守潔博士、戴光義博士和已畢業(yè)學(xué)生曾丹琦(福建農(nóng)林大學(xué)講師)、張明澤(黔南民族師范學(xué)院)、陳璟、石鴻宇參與了研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

圖.DoMYB75協(xié)同調(diào)控鐵皮石斛多糖和花青素合成的工作模型