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研究人员培育出抗旱能力更强、生长发育未受阻碍的作物
日期:2018-12-04 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
 

    极端干旱是气候变化带来的已被人们所感知到的影响之一。今年,欧洲北部和东部降雨量减少、反常高温天气频现,造成了谷类作物、马铃薯和其他品种的园艺作物产量大幅度下降。长期以来,专家都警告人们必须要种植那些即便在干旱的环境中也能保持高产的植物品种才能保证粮食安全。如今,由研究人员安娜·卡诺·德加多(Ana Caño-Delgado)[农业基因组学研究中心(Center for Research in Agricultural Genomics,CRAG)]带领的团队通过修改植物甾体激素、即油菜素类固醇的信号系统,培育出了抗旱能力更强的作物。该研究首次发现了在不影响植物总体生长发育的前提下提升植物抗水分胁迫能力的方法,研究结果刊登于《自然通讯》(Nature Communications)期刊。

不同的受体和不同细胞承载不同的功能

    超过十五年以来,安娜·卡诺·德加多一直在研究模式植物拟南芥的类固醇(油菜素类固醇)是如何调控植物生长发育的。众所周知,这些植物激素对应不同的细胞表面受体,在细胞中引起信号级联放大反应,最终造成细胞伸长或细胞分裂。自2016年以来,得益于欧洲研究委员会(European Research Council, ERC)的资助,安娜的实验室利用这一知识找到了让植物获得抗旱能力的方法。目前,研究人员通过修改油菜素类固醇的信号系统,已经成功培育出抗旱能力加强的拟南芥。不过由于这些激素对植物生长起到复杂的综合作用,这些拟南芥相对于各自的控制组来说体型要小得多。
    根据刊登于《自然通讯》上的研究,研究人员调查了拟南芥的抗旱能力和生长情况,调查对象是不同油菜素类固醇受体发生突变的拟南芥。通过细致的研究,研究人员发现,相对于控制组,在管束组织中过度表现BRL3油菜素类固醇受体的拟南芥应对缺水环境的能力更强,并且与其他突变体不同的是,这些拟南芥的生长发育并未出现不足之处。“我们发现只在管束组织中修改油菜素类固醇的信号体系,就能培育出抗旱植株,而且不会影响这些植株的生长。”卡诺·德加多解释道。
    之后,CRAG的研究人员与欧洲、美国、日本的研究人员进行合作,对转基因作物中的代谢物进行了分析,证实了在正常灌溉条件下,过度表现BRL3受体的拟南芥会在暴露于空气中的部分和根部产生更多的渗透保护代谢物(糖分和脯氨酸)。在干旱的环境中,这些保护性代谢物会迅速积聚在植物根部,让植物免于干枯而死。因此,过度表现BRL3会让植物做好准备,应对缺水环境,这种称为启动效应的机制与人体接受疫苗的效果有点相似,后者也是帮助人体做好准备,应对未来可能出现的病原体。

从基本原理到应用研究或可成为农作物解决之道

    虽然这一发现使用的是小型模式作物拟南芥,不过由卡诺·德加多带领的团队已经开始研究如何将这一方法应用于农业作物尤其是谷类作物。
    卡诺·德加多总结说:“今天,农业面临的一大问题就是干旱。到目前为止,各种生物技术一直都在致力于培育出抗旱能力更强的作物,但都不太成功。因为作物的抗旱能力一旦加强了,相应的,其生长发育和产量就会受到影响。不过现在看来,我们似乎总算找到了一个两全的应用办法,我们会继续努力的。”

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