草创中心在苜蓿干旱胁迫记忆研究中取得重要进展

为深入研究全球气候变化背景下，苜蓿对干旱胁迫的适应机制，确定提升苜蓿抗旱能力的有效策略，国家草业技术创新中心（筹）与内蒙古大学合作，聚焦苜蓿反复暴露于干旱条件下产生的“胁迫记忆”及相关调控策略。相关研究成果以“Drought stress memory enhances the tolerance of alfalfa Medicago sativa L. in response to a subsequent drought: A physiological and omics perspective” 为题，发表在植物科学领域的重点期刊 Environmental and Experimental Botany上。草创中心特聘教授任卫波为通讯作者，该研究为苜蓿在干旱环境下的高效种植与可持续发展提供了关键理论支持与技术路径。

气候变化导致干旱等非生物胁迫严重影响了植物生长与农业生产。苜蓿是我国乃至全世界最优质的豆科牧草之一，具有较高的经济价值、营养价值和生态价值。然而我国的苜蓿种植大多集中在干旱半干旱的西北、东北一带，水分是影响其产量的主要因素。先前的研究表明，植物经历干旱后可能存在胁迫记忆，但在苜蓿中还鲜有报道。本研究旨在探索反复经历干旱能否诱导苜蓿产生胁迫记忆，以及这种记忆如何影响其对后续干旱和复水的响应。基于此，本研究以紫花苜蓿WL343为试验材料，设置两个比较组：对照组（CK组）和反复经历三次干旱的处理组（D3组），测定了苜蓿的形态、生理参数、植物激素、酶活性等重要参数，并开展全基因组 DNA 甲基化和转录组分析。此外，为进一步研究干旱胁迫记忆对苜蓿后续干旱响应的影响，将CK组和D3组幼苗再次进行48小时干旱处理，然后复水，在干旱24小时、48小时及复水后测量上述相同参数和激素，并采集干旱48小时和复水后的叶片用于转录组分析。

实验结果显示，反复经历干旱可诱导苜蓿产生胁迫记忆，增强其对后续干旱的耐受性和恢复能力。DNA 甲基化，尤其是 CHH 甲基化，在苜蓿的干旱胁迫记忆中起关键调节作用（图1）。经过干旱胁迫训练的苜蓿幼苗在重新浇水后，其生长状况和活力明显优于对照组。进一步的研究发现，苜蓿反复经历干旱后，茉莉酸和细胞分裂素水平增加，表明这两种激素在苜蓿的干旱记忆反应中扮演着关键角色。此外，干旱胁迫训练使苜蓿叶片中的RuBisCO酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶的表达显著上调（图2）。转录组分析表明，反复经历干旱胁迫的苜蓿在能量代谢、光合作用和氮代谢方面显著增强（图3），使其能够更好地应对后续的干旱胁迫。该研究成果为应对气候变化导致的水资源短缺、提高植物抗逆性和农业生产力提供了重要的理论依据。

图1苜蓿DNA甲基化组分析

图2不同处理下苜蓿叶片形态和生理响应

图3苜蓿响应干旱胁迫的关键生物学过程及差异表达基因