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北京林業(yè)大學(xué)林金星團(tuán)隊(duì)和揚(yáng)州大學(xué)王莉團(tuán)隊(duì)揭秘銀杏古樹長壽機(jī)制
長壽機(jī)制一直是生命科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)之一。在自然界中，一些樹種的年齡可達(dá)幾百甚至上千年且依然生長旺盛，但其長壽機(jī)制卻一直不清楚。
銀杏(Ginkgo biloba L.)是著名的長壽樹種，在我國各地有大量銀杏古樹分布。近日，北京林業(yè)大學(xué)林金星團(tuán)隊(duì)和揚(yáng)州大學(xué)王莉研究團(tuán)隊(duì)合作歷經(jīng)7年時(shí)間，選用銀杏樹干維管形成層為主要研究材料，綜合運(yùn)用細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)、多組學(xué)和分子生物學(xué)等手段，揭示了銀杏古樹長壽的內(nèi)在機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，古樹(193-667年)形成層細(xì)胞層數(shù)變少，生長素(IAA)含量下降，脫落酸(ABA)含量上升，細(xì)胞分裂分化相關(guān)基因表達(dá)下降，表明古樹中維管組織生長變緩。然而古樹樹干的橫截面積增加量 (BAI)仍處于高水平，顯示銀杏古樹形成層干細(xì)胞仍具有較強(qiáng)的持續(xù)不斷的分裂能力。該研究進(jìn)一步測定了古樹葉片光合指標(biāo)、種子繁殖能力、衰老相關(guān)的標(biāo)記基因(marker genes)和miRNA及靶基因和自噬相關(guān)基因等，均未發(fā)現(xiàn)有顯著變化。這些形態(tài)、生理和分子水平上的結(jié)果揭示，銀杏古樹在整體上仍處在健康的成年?duì)顟B(tài)(healthy mature state)，依舊保持“青春活力”，尚未進(jìn)入衰老階段。由此認(rèn)定：銀杏古樹維管形成層細(xì)胞的持續(xù)分裂能力，在避免衰老過程中發(fā)揮了重要作用。
該研究在銀杏古樹維管形成層細(xì)胞中，還鑒定到62個(gè)FLS2、EFR的成員和457個(gè)R基因，其R基因的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他物種。而且，木質(zhì)素單體(monolignol)、類黃酮(flavonoid)和芪類化合物(stilbene)代謝通路的基因數(shù)量和表達(dá)在古樹組中也沒有下降。由此推測，銀杏古樹可能通過持續(xù)合成木質(zhì)素等物質(zhì)，增加樹干的密度和強(qiáng)度，以支撐不斷增粗的樹體，同時(shí)通過大量R基因的持續(xù)表達(dá)，抵抗各種生物和非生物脅迫，從而大大延長了樹體的壽命。
該項(xiàng)研究成果于2020年1月發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS)。揚(yáng)州大學(xué)王莉教授、崔佳雯博士生和金飚教授為該論文的共同第一作者，北京林業(yè)大學(xué)林金星教授和Richard Dixon教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目和111引智計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
研究成果發(fā)表后，先后被Science、Nature、以及英國BBC、美國紐約時(shí)報(bào)New York Times、澳大利亞科技媒體COSMOS、英國每日郵報(bào)Daily Mail、美國CNN、德國Archyde等國外多家知名媒體采訪、報(bào)道和評(píng)述(圖3)。同時(shí)，在國內(nèi)也被科技日報(bào)、學(xué)習(xí)強(qiáng)國、科學(xué)網(wǎng)、中國科學(xué)報(bào)、光明網(wǎng)、新華日報(bào)等多家媒體報(bào)道，受到廣泛關(guān)注。
文章鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1916548117
文章來源： 北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
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