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植物適應惡劣環境機制揭示
http://www.workercn.cn    2018-07-09     來源:科技日報
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  科技日報訊 (記者吳長鋒 通訊員周慧)記者從合肥工業大學獲悉,該校科研人員首次成功探明了功能性基因DFR1在植物面對惡劣環境時調節適應能力的機制,為提升農經作物抗凍抗旱能力開闢了新的理論路徑。研究結果日前發表在國際著名學術期刊《細胞報告》上。

  該校科研團隊在2005年首次發現功能性基因DFR1,並通過比對證實,該基因普遍存在於各種植物中。為探明其基因調控機制,該校食品科學與工程學院曹樹青教授課題組與劉永勝教授課題組合作,成功克隆該基因,並在模式植物擬南芥中開展了系列研究。研究證實,該基因通過調控植物細胞中脯氨酸的動態平衡,實現植物對各種環境脅迫的應答反應。

  脯氨酸是植物細胞重要的滲透壓調節劑,參與維持膜結構和蛋白質的穩定性,但過多積累會導致細胞生理機能受損。研究發現,在正常環境下,模式植物擬南芥中該基因保持極低的表達量,從而維持脯氨酸的穩態平衡。

  實驗結果表明,將模式植物置於乾旱或低溫環境後,DFR1基因的表達量立即急劇增加高達400倍,植物細胞中脯氨酸含量也隨之升高50倍,並在惡劣環境中一直維持在較高水平。在該基因的調控作用下,DFR1表達植物對惡劣環境的耐受性大幅提高,在持續18天重度乾旱或12小時-8℃冷凍處理條件下,其植株存活率較野生型提升3至4倍。同時,在擬南芥脫離惡劣環境後的3至6小時內,該基因表達量便急劇下降,導致PDH和P5CDH活性被快速釋放,從而加速脯氨酸的降解,並恢複在惡劣環境中造成的細胞生理機能損傷。

  這一成果可大幅提升植物在惡劣環境中的存活率和生物量,在農經作物抗逆分子育種等領域具有廣闊的應用前景。

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