上海生科院植物生理生态研究所在植物抗性研究中取得重要进展

2015-8-18
全球气候变暖引起的持续高温不仅恶化人类生存环境,还导致各种农业自然灾害如高温、干旱以及病虫害爆发等,对农作物生产造成了严重的威胁。近些年来,持续的高温胁迫和作物病害等已经造成了我国农业生产的严重损失。因此发掘抗逆基因资源,进而培育抗逆农作物新品种,具有重要战略意义。但由于植物抗逆是一个复杂性状,而且抗逆性状的增强往往伴随植物生长不正常,因此之前很少有作物既抗逆又高产的育种成功例子。

中科院上海生科院植物生理生态研究所何祖华研究员领衔的研究团队在植物抗病抗逆研究中取得重要进展,他们首先从模式生物拟南芥中克隆了参与抗病抗高温的数量性状基因(QTL),深入研究了其作用机理以及该基因在粮食及经济作物水稻和番茄中的作用,其与合作者的相关研究成果于2015年8月17日在线发表在国际顶级杂志Nature Biotechnology(《自然-生物技术》)上。

何祖华课题组一直从事作物抗病抗逆和高产的研究。经过长期努力攻关,发现拟南芥的类受体激酶ERECTA是一个抗病原菌主效QTL位点,有意思的是这个QTL也调控植物对极端高温(40℃)的胁迫耐性。研究表明ERECTA基因与蛋白表达水平的提高可以大大提高转基因植物的抗热性,而这种抗性与植物的气孔发育和水分蒸腾作用无关,同时还发现ERECTA蛋白水平的提高增强了植物水分利用效率和抗旱性。他们的研究证明ERECTA通过一种新的细胞保护机制调控逆境下的细胞死亡。ERECTA蛋白表达水平提高后显著增强了逆境下细胞膜的完整性,细胞不易死亡,从而提高了转基因植物的抗性。

夏季高温导致水稻结实率下降、番茄枯死。研究团队还发现该基因无论是在在单子叶粮食作物水稻还是双子叶经济作物番茄中也都具有相同的抗高温功能。研究团队对ERECTA基因在水稻中的同源基因OsER1的研究发现缺失OsER1基因的水稻在高温环境下结实率降低。他们也发现不同来源的番茄品种的同源基因SlER表达水平存在明显差异,表达水平高的品种在抗高温的能力上较强,说明了ERECTA基因无论是在单子叶植物还是在双子叶植物的进化上都具有很高的保守性。多年多点的田间试验表明转基因水稻和番茄也可以显著提高在高温下的结实率和成活率,尤其重要的是这些转基因植株的细胞增多增大,导致器官与生物量的增大,表现出产量上的优势。这个研究成果为作物、园林植物等抗性育种提供了一个重要的技术手段。

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