我科学家破译提高作物抗旱性的分子机制
04.02.2016 14:39
本文来源: 科学技术委员会
在植物中，负责制造养料，并向其他器官提供营养物质的部位或器官如叶片被称为“源”，而如幼嫩的叶片、茎、根以及花、果、种子等消耗养料或储藏养料的器官则被称为“库”。该研究表明，ABA受体PYL9和经典的下游复合体PP2C/SnRK2共同传递ABA诱导的衰老信号，通过对下游转录因子ABFs和RAV1的磷酸化激活促进衰老相关基因的表达，从而最终导致“源”组织中已经衰老的叶片加速枯萎，同时增强了植物“库”组织的渗透调节能力，确保植物在干旱条件下体内急需消耗养料的部分优先“解渴”。这一发现于今日凌晨发表在国际学术期刊PNAS上。
干旱是影响植物生存、生长和分布的最重要的非生物胁迫之一，目前的全球暖干化将加剧干旱胁迫。脱落酸ABA作为一种胁迫激素，是植物应对干旱胁迫的重要调控因子。在干旱胁迫下，ABA信号通过其受体PYL蛋白家族抑制PP2Cs蛋白的活性来调控ABA信号通路。但ABA如何帮助植物忍耐干旱的分子机制尚未得到充分的理解。
在拟南芥中，ABA受体PYL家族共有14个成员，除PYL13之外都能响应ABA。为了利用PYL成员间的差异更好地改良植物的抗逆性，朱健康研究组的科研人员对这14个成员一一进行“筛选”，最终发现胁迫响应的启动子pRD29A控制的PYL9过表达能最有效地提高植物在干旱条件下的存活率。实验表明在两周的干旱处理下，野生型水稻的存活率为10%，而PYL9过表达的水稻存活率在50%以上。分子机制解析表明，ABA受体PYL9和经典的下游复合体PP2C/SnRK2共同传递ABA诱导的衰老信号，通过ABFs和RAV1转录因子诱导衰老相关基因的表达，最终导致衰老的叶片加速黄化枯萎。
叶片的衰老过程是一个程序化细胞死亡的过程，伴随着叶片的衰老，植物中的营养和水分会向更需要养分的“库”组织的转移。pRD29A::PYL9转基因增强了植物“库”组织的渗透调节能力，而作为“源”组织的衰老叶片失去了渗透调节能力。通过这种调节，植物的水分和营养可以向“库”组织优先转运，提高植物的存活率，促进物种的延续。
一直以来，ABA是否直接诱导叶片衰老有着很大争议。一种观点认为ABA是通过诱导乙烯的合成从而促进衰老和脱落，然而科研人员用乙烯信号不敏感突变体证明了ABA诱导的叶片衰老不依赖乙烯的合成。本研究通过对ABA信号诱导叶片衰老分子机制的解析，解决了长期的争议问题。
该研究得到了国家基金委、中科院等经费的支持。 【来源】人民网
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04.02.2016 14:39