紫花苜蓿秋眠機理研究進(jìn)展

李德鋒，肖雨欣，趙 航，杜紅旗

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）因具有品質(zhì)好、產(chǎn)量高、耐刈割等優(yōu)點成為世界上利用最廣泛、種植面積最大的牧草作物，被譽為“牧草之王”，在我國草產(chǎn)業(yè)中的重要地位日益凸顯。苜蓿秋眠性是與其生產(chǎn)力密切相關(guān)的遺傳性生長性狀，秋眠型苜蓿在夏末秋初時就開始進(jìn)入休眠狀態(tài)，向地下輸送營養(yǎng)物質(zhì)以提高其抗寒性，故其秋季的產(chǎn)草量低；非秋眠型苜蓿在秋季休眠較晚，只要溫度等條件適合，仍可保持旺盛生長，可以獲得比較高的秋季產(chǎn)量；半秋眠型苜蓿介于上述二者之間［1］。苜蓿的秋眠性與其越冬性、春季再生性、生長習(xí)性、根系形態(tài)、產(chǎn)量、直立性等農(nóng)藝性狀有密切關(guān)系，由于苜蓿的秋眠性對其生產(chǎn)能力與適應(yīng)性有重要影響，國內(nèi)外對其進(jìn)行了大量的研究，秋眠性已成為世界上苜蓿品種評價和商業(yè)化生產(chǎn)中的第一評定指標(biāo)。但國內(nèi)外學(xué)者對苜蓿秋眠性的研究側(cè)重于不同秋眠類型品種的農(nóng)藝性狀、抗寒性和遺傳評價方面，且主要集中在產(chǎn)量差異、秋季植株高度和越冬性能及其生理生化基礎(chǔ)方面，一般秋眠型苜蓿比非秋眠型苜蓿品種的抗寒性強［2-3］。但近10余年來的研究表明，苜蓿的秋眠性和抗寒性是兩個獨立的生理性狀［4］，在育種上實現(xiàn)弱秋眠性和抗寒性強的基因重組從而培育出秋眠性弱而抗寒性強的品種是完全可能的［5］，實際上育種專家們也開始將新培育品種分別劃分其秋眠級和抗寒級［6］，因此，從分子水平深入地闡釋苜蓿秋眠調(diào)控機理，對我國各氣候地區(qū)選育適應(yīng)性強、產(chǎn)量高的苜蓿品種有重要意義，但從分子水平研究苜蓿秋眠調(diào)控機理的文獻(xiàn)報道較少見。

休眠是植物抵制不良自然環(huán)境的一種保護性的生存策略，是一定時間內(nèi)分生組織停止活動并對促生長信號不敏感的狀態(tài)，直到生長條件穩(wěn)定使休眠解除后才能夠恢復(fù)生長［7-8］。

對于調(diào)控苜蓿秋眠的氣候因子，世界上廣泛認(rèn)為是光照和溫度綜合作用的結(jié)果，但更側(cè)重于秋季日照長度變短是秋眠的主要誘因，短日照處理能加劇低溫誘導(dǎo)秋眠型苜蓿的匍匐生長的特性［9-12］。苜蓿是長日照植物，晚春和夏季的長日照利于其生長，在秋冬的短日照條件下休眠，說明苜蓿的秋眠存在光周期效應(yīng)［13］。2006 年王成章、倪俊霞等對不同光周期條件下苜蓿光敏色素A（PHYA）、光敏色素B（PHYB）、生長素（IAA）、赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）含量進(jìn)行了研究，探討了光受體、激素與秋眠的關(guān)系，結(jié)果表明，GA3、ABA 等激素在調(diào)控休眠中也發(fā)揮作用［14-15］；短日照條件下苜蓿PHYA、PHYB、ABA 含量高于長日照，且秋眠品種＞半秋眠品種＞非秋眠品種，推測短日照調(diào)控了光受體，誘發(fā)內(nèi)源ABA累積，進(jìn)而誘導(dǎo)秋眠基因的表達(dá)［16］。近年來光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究為苜蓿秋眠的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和傳導(dǎo)途徑研究增添了新的內(nèi)容，2009 年李平等完成了紫花苜蓿PHYA、PHYB、隱花色素（CRY）1 和CRY2B的基因測序，探討PHYA、PHYB、隱花色素（CRY）1和CRY2B 在光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的作用，之后張亞軍等獲得了干擾PHYA、PHYB 表達(dá)和CRY2B 過表達(dá)的轉(zhuǎn)化植株，發(fā)現(xiàn)苜蓿秋眠調(diào)控是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，光受體參與的只是其中的幾個環(huán)節(jié)，但在紫花苜蓿秋眠的調(diào)控中缺一不可［17-19］。2000年Douglas等人確定了控制秋眠型苜蓿秋季生長的基因組區(qū)域，但是該區(qū)域具體的核苷酸序列還未知［20］。2013年張森浩用秋眠1級和9級苜蓿品種在夏、秋不同季節(jié)的轉(zhuǎn)錄組測序的結(jié)果篩選出可能調(diào)控苜蓿秋眠的差異基因，并對部分差異基因進(jìn)行了研究，結(jié)合之前研究表明，苜蓿的秋眠是一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)［21-22］。2015年樊文娜利用高通量測序方法篩選出秋眠型苜蓿在秋眠與未秋眠時期葉片中476個差異基因和1 304條未知核酸序列，秋眠型苜蓿與非秋眠型苜蓿間在秋季差異表達(dá)基因485 個和差異表達(dá)未知核酸序列1 579 條；結(jié)合前人研究和基因庫，確定可能與休眠相關(guān)的microRNA共583個，其中包含28個關(guān)鍵的調(diào)控休眠microRNA（20個已知、8個未知）［23］。2017 年杜紅旗通過iTRAQ 蛋白質(zhì)組定量分析技術(shù)得到了秋眠型苜蓿Maverick（秋眠1 級）和非秋眠型苜蓿CUF101（秋眠9 級）間秋季頂芽中差異蛋白90 個；進(jìn)一步的研究證明，隨著日照長度的縮短和溫度的降低，葉片中ILR1-like1mRNA含量減少，而MGDGS-3、PYL8 mRNA含量增加，這些變化有可能促進(jìn)苜蓿秋眠的發(fā)生［24］，同時，發(fā)現(xiàn)頂芽中肉桂醇脫氫酶、醛酮還原酶家族氧化還原酶、噻唑生物合成酶和L-天冬酰胺酶等含量的減少很可能與秋眠型苜蓿品種Maverick的秋眠有關(guān)［25］。

盡管近年來苜蓿秋眠性分子機理的研究取得了一定的成果和進(jìn)展，但主要還是停留在苜蓿秋眠調(diào)控基因或蛋白的篩選方面，至今還未真正確定參與調(diào)控苜蓿秋眠的基因或蛋白，因此，下一步的研究重點應(yīng)該是確定參與調(diào)控苜蓿秋眠的基因或蛋白，并闡明其作用機制。