褪黑激素是迄今发现的最强的内源性自由基清除剂，在动物中其具有促进睡眠、调节时差、抗衰老、调节免疫、抗肿瘤等多项生理功能。近年来研究发现植物中也含有褪黑激素并已经在多种植物中特别是食用和药用植物中检测出来，因此在植物中广泛进行褪黑激素的研究将对人类的营养、医药和农业提供非常有益的信息。
狗牙根(Cynodon dactylon (L). Pers.)是一种在全球广泛分布的草坪草，而且对非生物胁迫具有较强的抗性，作为一种非模式植物，目前对于狗牙根抗性机制的研究主要集中在生理生化方面，然而生理生化的变化只是狗牙根为了适应环境的变化而做出的生理调整，针对发生这些变化的上游机理研究不多。中国科学院武汉植物园植物水分胁迫生物学学科组施海涛博士在产祝龙研究员的指导下，利用植物生理学、代谢组学和转录组学等研究方法，对褪黑素诱导狗牙根对胁迫抗性的分子机理展开了一系列研究。研究发现盐、干旱和冷胁迫诱导了体内褪黑素的含量；外源褪黑素处理可以显著提高狗牙根对这些胁迫抗性；同时褪黑素可以调控活性氧代谢、胁迫相关基因的表达和多种代谢物的积累；转录组学分析表明褪黑素可以激活一系列胁迫相关基因和激酶的表达，同时调控多种激素信号基因的表达；从而多角度解析了褪黑素在狗牙根胁迫应答的生理机制。
同时研究发现叶片衰老可以诱导拟南芥体内褪黑素的含量，而且叶片衰老和外源褪黑素均可以下调转录因子IAA17基因的表达；通过分离IAA17基因的缺失突变体和过表达植株发现，IAA17基因的过表达植株表现为早衰老，而缺失突变体则晚衰老；进一步研究发现外源褪黑素可以抑制拟南芥叶片衰老，而IAA17直参与调控的衰老相关基因(SEN4和SAG12)的表达是褪黑素抑制叶片衰老所必需的，但并不调控叶片衰老处理过程中褪黑素含量的变化。从而部分解析了褪黑素抑制植物叶片衰老的分子机理。
以上研究获得国家自然科学基金(No.31200194 和No.31370302)，中国科学院知识创新工程项目(No.54Y154761O01076和No.29Y329631O0263)，中国科学院武汉植物园“十二五”自主创新重大项目(No.55Y455446O0544)，中国科学院青年创新促进会(No.29Y429371O0437)和中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室优秀青年人才计划(No.52Y452331O03和No.52Y352811O0381)的共同支持。相关研究结果在 “Journal of Experimental Botany (doi: 10.1093/jxb/eru373)”和“Journal of Pineal Research (doi: 10.1111/jpi.12188)”上在线发表。
褪黑素对狗牙根碳代谢途径中代谢物的影响(A)及初级代谢的影响(B)
IAA17参与褪黑素抑制植物叶片衰老的分子机理
