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植物适应恶劣环境机制揭示

2018-07-10 10:36 来源:科技日报

  记者从合肥工业大学获悉,该校科研人员首次成功探明了功能性基因DFR1在植物面对恶劣环境时调节适应能力的机制,为提升农经作物抗冻抗旱能力开辟了新的理论路径。研究结果日前发表在国际著名学术期刊《细胞报告》上。

  该校科研团队在2005年首次发现功能性基因DFR1,并通过比对证实,该基因普遍存在于各种植物中。为探明其基因调控机制,该校食品科学与工程学院曹树青教授课题组与刘永胜教授课题组合作,成功克隆该基因,并在模式植物拟南芥中开展了系列研究。研究证实,该基因通过调控植物细胞中脯氨酸的动态平衡,实现植物对各种环境胁迫的应答反应。

  脯氨酸是植物细胞重要的渗透压调节剂,参与维持膜结构和蛋白质的稳定性,但过多积累会导致细胞生理机能受损。研究发现,在正常环境下,模式植物拟南芥中该基因保持极低的表达量,从而维持脯氨酸的稳态平衡。

  实验结果表明,将模式植物置于干旱或低温环境后,DFR1基因的表达量立即急剧增加高达400倍,植物细胞中脯氨酸含量也随之升高50倍,并在恶劣环境中一直维持在较高水平。在该基因的调控作用下,DFR1表达植物对恶劣环境的耐受性大幅提高,在持续18天重度干旱或12小时-8℃冷冻处理条件下,其植株存活率较野生型提升3至4倍。同时,在拟南芥脱离恶劣环境后的3至6小时内,该基因表达量便急剧下降,导致PDH和P5CDH活性被快速释放,从而加速脯氨酸的降解,并恢复在恶劣环境中造成的细胞生理机能损伤。

  这一成果可大幅提升植物在恶劣环境中的存活率和生物量,在农经作物抗逆分子育种等领域具有广阔的应用前景。

(责任编辑:王蔚)

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