莲是莲科莲属挺水植物，在亚洲各国广泛栽培，具有重要的食用、药用和观赏价值。为了应对水生环境，莲适应性进化出了具有超疏水特性的“荷叶效应”，并拥有遍布周身的联通气孔。在我国，莲通常种植于河流、湖泊和低洼地带。但受全球气候变化影响，持续性强降雨频发，莲常遭受完全水淹的灾害，给莲生产带来巨大损失。
为加快莲耐水淹品种的分子育种进程，中国科学院武汉植物园的莲种质资源与遗传育种研究团队开展了莲应对完全水淹的响应机理研究，在国际园艺期刊Horticulture Research发表了题为“Time-course analysis and transcriptomic identification of key response strategies to complete submergence in Nelumbo nucifera”的研究论文。该研究对 ‘中国古代莲’ 和 ‘秋星’两个代表性莲品种进行了耐水淹时程处理，并结合表型数据、转录数据和组化电镜数据，初步揭示了莲耐水淹的分子响应机理。研究首次发现，莲作为一种水生植物，对完全水淹胁迫的耐受性其实很低，中位致死时间只有10天左右，大大低于其它水生植物40-100天的水淹致死时间。完全水淹早期（3-6h），莲主要采用了逃逸策略（Escape Strategy），体内乙烯迅速累积、叶柄快速伸长、通气孔面积和密度显著增加。完全水淹后期（24-120h），莲启动了静止策略（Quiescence Strategy），将自身厌氧呼吸限制在较低水平。此外，研究发现在完全水淹胁迫下，莲的抗病和抗氧化基因的表达水平显著提升，植物激素包括Ethylene、ABA、GA和JA等都不同程度地参与了莲的水淹胁迫响应。
以上研究主要由中国科学院武汉植物园的莲种质资源与遗传育种研究团队完成，邓显豹副研究员和杨东高级工程师为论文的共同第一作者，杨美研究员为通信作者。本研究得到了国家自然科学基金（31772353, 31700262, 32070336），中国科学院前沿科学重点研究计划（QYZDB-SSW-SMC017）和中国科学院青年创新促进会（2017390）等项目的资金资助。
图1 差异基因共表达分析鉴定莲参与完全水淹的重要基因
图2 完全水淹胁迫下莲叶柄快速伸长，叶片和叶柄的通气孔密度及面积迅速增加
