林小春
中美研究人員利用基因技術(shù)讓水稻及其他作物產(chǎn)生大量PYL9蛋白,可顯著提高它們的抗旱性能,從而幫助提高糧食安全。
這項(xiàng)成果當(dāng)天發(fā)表在新一期美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上,由中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心與美國珀杜大學(xué)等單位聯(lián)合完成。
論文第一作者、上海植物逆境生物學(xué)研究中心趙楊介紹,這些轉(zhuǎn)基因作物的抗旱策略是讓老葉加速衰老,而把養(yǎng)分留給幼葉和芽來提高存活率,與壁虎斷尾求生類似。
趙楊同時(shí)也在珀杜大學(xué)做研究。他說,植物的抗旱機(jī)制很大程度上依賴于一種叫脫落酸的植物激素,但脫落酸如何幫助植物抗干旱的分子機(jī)制尚未弄清。為此,他們通過轉(zhuǎn)基因人為控制植物生成脫落酸的PYL受體蛋白,發(fā)現(xiàn)其中一種蛋白PYL9過度生成會很好地增強(qiáng)植物的抗旱性能。
實(shí)驗(yàn)表明,在兩周干旱的情況下,野生型水稻的存活率為10%,而轉(zhuǎn)基因水稻存活率在50%以上。
趙楊說,PYL9抗旱采取了多種策略,包括關(guān)閉氣孔、抑制生長、促進(jìn)休眠、促進(jìn)葉表面蠟質(zhì)合成等,其中最有意思的是加速老葉衰老。水分是光合作用的原材料,所以極端干旱環(huán)境中的植物光合作用很弱。老葉的衰老可以節(jié)省水分和養(yǎng)分消耗,同時(shí)將養(yǎng)分甚至水分轉(zhuǎn)移到幼葉和芽中,增強(qiáng)了幼葉和芽的存活率。
這項(xiàng)研究雖然只使用了水稻與模式植物擬南芥,但趙楊認(rèn)為,這種抗旱方法適用于絕大多數(shù)植物。
趙楊等人沒有分析PYL9轉(zhuǎn)基因?qū)ψ魑锂a(chǎn)量和品質(zhì)的影響。他說:“由于水分是光合作用的原材料,干旱必然造成生物總量、產(chǎn)量和品質(zhì)的降低,轉(zhuǎn)基因能改善植物抗旱性,增強(qiáng)存活率,”能在極端條件下避免絕收,從而提高了糧食安全。
對于該研究的意義,他說,一是證實(shí)脫落酸直接誘導(dǎo)衰老,而不是通過合成其他物質(zhì)來促進(jìn)葉片衰老和脫落,解決了長期的爭議問題;二是闡明了老葉衰老對植物抗旱的意義,說明老葉衰老有利于植物在極端干旱條件下存活。而此前有研究者提出,阻止衰老有利于作物抗旱,并提議將其作為抗旱品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)。