中美科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大幅提高水稻抗旱性的蛋白

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(guó)《國(guó)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(guó)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(lái)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(shuō)，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(guò)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(guò)度生成會(huì)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(shuō)，PYL9抗旱采取了多種策略，包括關(guān)閉氣孔、抑制生長(zhǎng)、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(méi)有分析PYL9轉(zhuǎn)基因?qū)ψ魑锂a(chǎn)量和品質(zhì)的影響。他說(shuō)：“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(duì)于該研究的意義，他說(shuō)，一是證實(shí)脫落酸直接誘導(dǎo)衰老，而不是通過(guò)合成其他物質(zhì)來(lái)促進(jìn)葉片衰老和脫落，解決了長(zhǎng)期的爭(zhēng)議問(wèn)題；二是闡明了老葉衰老對(duì)植物抗旱的意義，說(shuō)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)。