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中国科学院昆明植物所种质资源库在植物超低温保存机理研究获新进展

更新时间:2021-04-07

超低温保存(cryopreservation)是在液氮(-196℃)中保存细胞、安排和器官的技能,广泛使用于动物、植物和微生物种质资源的长时间保存。植物超低温保存一般与离体培育技能(in vitro culture)相结合,能够完成花粉、愈伤安排、体细胞胚、合子胚、种子、离体分生安排和休眠芽的长时间安全保存。重要农作物和观赏植物的超低温保存技能较为老练、全球马铃薯和香蕉的首要野生种和种类都完成了超低温保存。     种质库是野生植物迁地维护(ex situ conservation)最有用和经济的手法。大部分野生植物的种子脱水后能够在低温(-20℃)下长时间保存,其寿数得到大幅度延伸。一些植物的种子不耐受脱水而无法进行低温保存,一般被称作顽拗型(recalcitrant)种子。依据英国千年种子库2018年在Nature Plants杂志宣布的谈论文章“Seed banking not an option for many threatened plants”,全球规模有8%的植物发生顽拗型种子,但在极度濒危(critically endangered)植物和树种(tree species)中这一份额别离高达36%和33%。全球植物维护战略(The Global Strategy for Plant Conservation)的方针7要求对75%的濒危物种完成迁地维护,这一方针的完成需求对植物超低温保存技能的投入和支撑。     水在结晶后体积变大。细胞水分在超低温下形成大的结晶会损坏细胞膜结构而导致细胞逝世。第一代植物超低温保存技能经进程序降温(controlled rate cooling)诱导胞外结晶而对细胞缓慢脱水,胞内液体浓度和粘稠度提高,在超低温下进入玻璃化状况(vitrification),避免了胞内结晶而确保细胞存活。第一代超低温保存技能仅适用于耐冷(cold hardy)植物。新的玻璃化超低温技能以高浓度的植物玻璃化溶液(plant vitrification solution)处理细胞,在浸透脱水的一起,低温维护剂进入细胞内部改变了细胞液体的热力学性质,快速降温时能够完成胞内和胞外的玻璃化,坚持细胞结构的完好和再生才能。新一代植物超低温保存技能完成了对热带植物的保存,大大拓宽了植物超低温保存的规模。     细胞膜是低温损伤和浸透呼应的中心部位。玻璃化超低温保存流程中,细胞经受了剧烈和杂乱的浸透和温度改变,细胞的存活和逝世取决于细胞膜能否对上述钳制做出有用呼应。长时间以来,细胞膜对超低温进程的呼应机理没有得到解析,这也限制了超低温技能的进一步开展。近来,我国科学院昆明植物研讨所种子生物学研讨组的林亮博士,陈虹颖副研讨员,Hugh W. Pritchard 研讨员与李唯奇研讨员协作,以木兰科植物厚朴的胚性细胞的超低温保存体系作为模型体系,选用脂类组学剖析办法,比较了12个不同超低温处理的差异,提醒了细胞膜对玻璃化超低温保存进程的呼应形式。成果显现:浸透维护处理和复水处理两个相对的进程,发生了磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰肌酸(PA)和磷脂酰甘油(PG)的头基团交换,进行了细胞膜重塑。PVS溶液处理后,总脂水平明显升高,为细胞即将阅历的冷冻进程储藏了很多脂类分子。该研讨成果表明,膜脂重塑(lipid remodeling)和防备脂类降解是PVS办法成功的要害。从膜脂分子的视点对根据PVS的植物超低温机理进行了解析,为改善玻璃化超低温保存技能,拓宽植物超低温保存的通用性和使用规模供给了新思路。上述研讨成果以“Lipid Remodeling Confers Osmotic Stress Tolerance to Embryogenic Cells during Cryopreservation”为题,在线宣布在生物学范畴杂志International Journal of Molecular Sciences上。     该项研讨工作得到国家自然科学基金(NSFC 31770375,31500272),云南省使用基础研讨项目(2017AB001), 云南当地学院联合基金(2018FH001-029),我国西南野生生物种质资源库“穿插协作团队”敞开研讨项目,山东省农业良种项目的赞助(Grant No.2019LZGC01801)。   日期:2021-04-06  
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