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食品科学与工程学院探明抗逆基因调控植物应对恶劣环境机制
发布日期:2018-07-05  字号:   【打印

近日,食品科学与工程学院科研人员,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。其相关研究结果于美国时间6月26日发表在国际著名学术期刊《细胞报告》(Cell Reports)上。

我校科研团队在2005年首次发现功能性基因DFR1,并通过基因比对证实,该基因普遍存在于各种植物中。为探明其基因调控机制,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。在干旱和低温等恶劣环境下,该基因编码的DFR1蛋白与脯氨酸降解途径上的两个关键酶PDH和P5CDH均发生相互作用,并显著抑制其活性,从而阻断整个脯氨酸降解途径,使得脯氨酸的含量增加,进而增加植物对恶劣环境的耐受性。

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高达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过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。

据介绍,通过基因编辑技术提高该基因的表达水平,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极其广阔的应用前景。

(宣讯/文)  
编辑:周慧
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