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对植物调节水分平衡的信号通路研究有助于培育节水新品种
日期:2019-03-18 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     植物叶片上被称为气孔的微小孔洞对于地球的状态却有着巨大的影响。植物通过气孔吸收二氧化碳,再结合成为糖类、释放氧气。但是植物同样也是通过气孔流失水分,如果环境干燥,这就有可能危机植物的生命。
    因此植物就生长出了复杂的信号通路,能优化气孔张开的宽度,与环境条件相匹配。根据能获得的光、二氧化碳、水分的变化,信号通路能相应打开或关闭气孔。这种能调控气孔的信号通路是怎样形成的?由植物科学家莱纳·赫德瑞奇(Rainer Hedrich)领导的研究团队正在位于德国巴伐利亚(Bavaria)的维尔茨堡大学(Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU)对这一课题进行调查研究。
    “我们现在正在搜集不同植物种类的数据并加以分析。”赫德瑞奇教授说道。他解释说这项研究与农业也有相关性:“如果我们能了解这些信号通路的演变过程,也能促进培育新的作物品种,在生长过程中使用更少的水分。”毕竟,绝大部分通过灌溉系统为植物提供的饮用水都通过气孔流失掉了。考虑到气候变化的影响,那些能自如应对干旱环境的植物品种将受到极大青睐。
    重要基因重建史在《植物科学趋势》(Trends in PlantScience)期刊上,对于植物用以调节水分平衡的信号通路,JMU的研究人员弗兰西斯·苏斯米希(Frances Sussmilch)博士、约尔格·舒尔茨(Jörg Schultz)教授、赫德瑞奇教授和罗勃·罗尔夫塞玛(Rob Roelfsema)博士对其目前相关知识的情况进行了总结。
    维尔茨堡的这一研究团队重建了一些重要基因的进化历史,这些基因控制着被子植物叶片气孔的运动。结果显示,这些基因大多数属于所有植物群共有的原有基因家族,包括绿藻。这些基因家族很可能在第一株植物入侵陆地前就已经出现了。
研究人员还发现,有些特定的基因根据光线和二氧化碳的不同控制着叶片气孔的开合,这些基因可能在种子植物和被子植物在进化的道路上分道扬镳之后才出现,而这两种植物原先都是从和链束植物的共同祖先进化而来。
    可调整的保卫细胞特定的信号基因JMU科学家们的研究重点在于植物的保卫细胞,这两个细胞围绕着每一个叶片气孔。当保卫细胞中的水压升高时,气孔就会打开;水压降低,气孔就会关闭。
    在被子植物的保卫细胞中,某些关键信号基因的产物拥有独特的性质,或其浓度相较周围的叶片细胞要更高。这些基因的特殊性很可能对于控制保卫细胞中的水压至关重要。
    研究人员还利用小立碗藓的可用数据检查了相关基因。“我们发现检查的苔藓基因没有一个是特定控制气孔组织的,相反,所有这些基因都在没有气孔的组织里表达了出来。”弗兰西斯·苏斯米希说道。罗勃·罗尔夫塞玛和约尔格·舒尔茨补充说道:“保卫细胞中拥有特定作用的信号基因可能是在植物演化后期才出现的,也就是在苔藓从和被子植物的共同祖先处分化出来之后。”
    (来源:德国维尔茨堡大学   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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