独脚金内酯:改良水稻株型“利器”

2016-12-26 | 作者: 甘晓 | 标签: 独脚金内酯 分蘖

独脚金内酯是一种新型植物激素。2008年,科学家才认识到其生理学功能是调控植物分枝,作物上称为“分蘖”。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员王永红向《中国科学报》记者介绍:“像水稻一样的农作物的分蘖数目直接决定了单位面积的产量,因此,与调控分蘖相关的独脚金内酯是一种在农业生产上具有重要应用价值的激素。”

围绕独脚金内酯的合成及信号转导等科学问题,科学家们在“植物激素作用的分子机理”重大研究计划(以下简称“重大计划”)的资助下,取得了诸多突破性的进展,推动我国在独脚金内酯作用机理的研究领域走向世界前列。

在该重大研究计划的支持下,激素生物学家们和农学家密切合作,利用育种家提供的一系列水稻矮杆多分蘖突变体等为材料开展研究,包括d27、d14、d53等。例如,李家洋院士课题组通过对水稻矮秆多分蘖突变体d27的研究,发现了调控独脚金内酯合成的重要基因D27。他们还与化学家合作,在我国建立起了独脚金内酯及其代谢中间产物的检测技术体系,成为目前国际上极少数几个可以准确测定独脚金内酯的机构之一。

激素受体的鉴定也是激素生物学研究热点中的热点。为鉴定独脚金内酯的受体,本重大计划大力推动了与物理学的交叉,吸引结构生物学家的加盟。清华大学生命科学学院谢道昕课题组初步从结构生物学的角度证明D14是独脚金内酯的受体蛋白,并通过与结构生物学家的深入交叉合作,阐明了独脚金内酯信号转导的“酶-底物—活性分子—受体”新型识别规律。

为了进一步阐明独脚金内酯的信号转导途径及其调控植物生长发育的机理,2013年,李家洋院士课题组与中科院上海药物所徐华强课题组、中国水稻研究所钱前课题组合作通过分析水稻矮秆多分蘖突变体d53,鉴定了独脚金内酯信号转导的新元件D53。据介绍,D53编码了一种酶,这种酶与其他蛋白相互作用,能够抑制独脚金内酯信号通路下游靶基因的表达,从而抑制该信号通路。

国际同行们对这项成果予以高度评价,认为这项突破性的研究成果确立了独脚金内酯信号转导途径的基本框架。

最近,研究人员还发现独脚金内酯不仅可以调控分蘖数目,还能通过抑制生长素合成调控水稻地上部分重力反应及分蘖角度。该研究结果不仅揭示了独脚金内酯新的生物学功能,而且阐明了一个新的水稻分蘖调控机制,表明独脚金内酯可以作为改良水稻株型的有效工具。

中国科学家相信,未来,我国在新激素独脚金内酯的代谢和信号转导研究领域将在国际学术界继续发挥开创和引领作用。

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来源:《中国科学报》

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