植物遇到干旱，葉面氣孔為什么會(huì)關(guān)閉,？是什么原因調(diào)節(jié)控制了植物的生長(zhǎng)發(fā)育，并在失水干燥的狀態(tài)下仍能存活,？中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授張大鵬領(lǐng)導(dǎo)的科研小組，歷時(shí)10年的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究,，首次發(fā)現(xiàn)了一種參與葉綠素生物合成的蛋白質(zhì)———植物脫落酸(ABA)受體,，從而找到了控制植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育的“鑰匙”,。科學(xué)家說(shuō),，用這把“鑰匙”,，可以打開(kāi)脫落酸作用機(jī)理和應(yīng)用的“大門(mén)”，科學(xué)家就能自由地控制植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育,。
本月最新一期出版的英國(guó)《自然》雜志，以主題論文的形式發(fā)表了這一研究成果,。
對(duì)生長(zhǎng)素,、赤霉素,、細(xì)胞分裂素,、乙烯和脫落酸等植物激素“五兄弟”的研究，一直被科學(xué)界視作生命科學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn),。這是因?yàn)橹参锛に貐⑴c調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的全過(guò)程，而脫落酸掌管著植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育等,。研究表明，當(dāng)植物處于干旱時(shí),，體內(nèi)的脫落酸會(huì)自動(dòng)增加,，以幫助葉面關(guān)閉氣孔，控制水分流失,，從而戰(zhàn)勝干旱,；當(dāng)種子發(fā)育到接近成熟時(shí)，脫落酸又會(huì)控制種子的休眠和萌發(fā),，使其不在植株(樹(shù))上或惡劣的環(huán)境下發(fā)芽,。
此外，研究還發(fā)現(xiàn),，脫落酸也是調(diào)節(jié)幼苗生長(zhǎng),、植物對(duì)逆境適應(yīng)能力的一個(gè)生命攸關(guān)的化學(xué)“信號(hào)”。張大鵬解釋說(shuō),，同其它植物激素等化學(xué)“信號(hào)”一樣,，脫落酸實(shí)質(zhì)上是一個(gè)細(xì)胞“信號(hào)”的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。這一“信號(hào)”首先通過(guò)細(xì)胞受體被識(shí)別,，識(shí)別后,，最終導(dǎo)致植物的生理效應(yīng)。
過(guò)去,，科學(xué)家也曾發(fā)現(xiàn)過(guò)一種脫落酸受體,。然而，僅只限于知道脫落酸對(duì)植物開(kāi)花和側(cè)根形成的控制,。對(duì)控制植物種子發(fā)育,、氣孔以及對(duì)干旱適應(yīng)性的脫落酸受體,，一直是未解之謎。張大鵬教授發(fā)現(xiàn)的是“一種參與葉綠素生物合成的蛋白質(zhì)的脫落酸受體”,，張大鵬將這種蛋白質(zhì)命名為“ABAR”,。分子克隆研究發(fā)現(xiàn)，“ABAR”是參與葉綠素合成和質(zhì)體—核信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白質(zhì),，其名稱為“鎂螯合酶H亞基”,。
科學(xué)家說(shuō)，對(duì)植物激素的研究,，是人類進(jìn)行植物遺傳改良和育種的重要理論源頭,，同時(shí)，可以對(duì)作物遺傳改良和育種的實(shí)踐起到革命性的作用,。20世紀(jì)中期的“綠色革命”,，之所以能使水稻、小麥等作物的產(chǎn)量大幅提高,，就是利用了植物激素途徑的關(guān)鍵基因?qū)ψ魑锷L(zhǎng)發(fā)育的狀況進(jìn)行了調(diào)控,，從而提高了新品種的同化、代謝能力和抗逆能力,。
當(dāng)張大鵬教授領(lǐng)導(dǎo)科研小組的這篇?jiǎng)?chuàng)新論文在《自然》雜志發(fā)表時(shí),，適逢“植物激素與綠色革命”的香山科學(xué)會(huì)議召開(kāi)。與會(huì)專家認(rèn)為,，探索主要植物激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的調(diào)控作用,，將有可能使作物產(chǎn)量再次實(shí)現(xiàn)新突破。隨著包括對(duì)脫落酸在內(nèi)各種植物激素研究的深入,，也許有一天,，又會(huì)迎來(lái)一場(chǎng)新的惠及全人類的“綠色革命”,。
近日,，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)科研工作再結(jié)新碩果，該校生物學(xué)院張大鵬教授的研究小組成功發(fā)現(xiàn)植物激素脫落酸(ABA)的一個(gè)受體ABAR,。10月19日出版的《自然》雜志以主題論文(Article)的形式發(fā)表了該成果,。
據(jù)介紹，生長(zhǎng)素,、赤霉素,、細(xì)胞分裂素、乙烯和脫落酸(ABA)等植物激素“五兄弟”一直是生命科學(xué)研究的熱點(diǎn),。植物激素參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的幾乎每一個(gè)方面,，而ABA主要掌管植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育：當(dāng)植物處于干旱狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的ABA會(huì)自動(dòng)增加,，幫助葉面的氣孔關(guān)閉,，以控制水分散失,，幫助植物戰(zhàn)勝干旱；當(dāng)果實(shí)中的種子發(fā)育到接近成熟時(shí),，從生理上已獲得發(fā)芽能力,，ABA會(huì)控制種子的休眠和萌發(fā)，使種子不會(huì)在植株上或惡劣的環(huán)境下發(fā)芽,。
過(guò)去,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種ABA受體，認(rèn)識(shí)了ABA對(duì)植物開(kāi)花和側(cè)根形成的控制,。而對(duì)于控制植物種子發(fā)育,、氣孔和對(duì)干旱適應(yīng)性的ABA受體卻一直是個(gè)未知的謎團(tuán)。張大鵬研究小組找到了答案,，他們發(fā)現(xiàn)一種參與葉綠素生物合成的蛋白質(zhì)也是一種ABA受體,，并于最近完成了鑒定這種介導(dǎo)種子發(fā)育、幼苗生長(zhǎng)和葉片氣孔行為的ABA受體——ABAR,。
張大鵬教授研究小組幾年前提純了一種ABA特異結(jié)合蛋白,，命名為ABAR，并克隆了編碼ABAR的基因,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ABAR基因編碼一個(gè)已知蛋白質(zhì),，即定位于質(zhì)體內(nèi)的參與催化葉綠素合成和質(zhì)體—核信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白質(zhì)CHLH。他們?cè)谀Ｊ街参飻M南芥中研究了ABAR／CHLH與ABA信號(hào)識(shí)別的關(guān)系,。研究表明,，通過(guò)超表達(dá)技術(shù)上調(diào)ABAR／CHLH基因表達(dá)，可以使植物在種子萌發(fā),、幼苗生長(zhǎng)和氣孔運(yùn)動(dòng)方面對(duì)ABA反應(yīng)“超敏”,；而用穩(wěn)定表達(dá)的RNA干擾、反義RNA,、化學(xué)誘導(dǎo)的RNA干擾技術(shù)或通過(guò)穩(wěn)定表達(dá)的突變體對(duì)ABAR／CHLH基因表達(dá)下調(diào),，發(fā)現(xiàn)使植物在種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和氣孔運(yùn)動(dòng)方面對(duì)ABA反應(yīng)“脫敏”,。ABAR／CHLH的基因敲除突變體,，由于種子不能正常成熟，是致死突變,。葉綠素合成和質(zhì)體—核信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的突變體,，如果不影響ABAR／CHLH的表達(dá)，就不影響植物對(duì)ABA信號(hào)的響應(yīng),。以上研究結(jié)果證明,，ABAR是一個(gè)ABA受體。ABAR介導(dǎo)的ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是一個(gè)獨(dú)立于葉綠素合成和質(zhì)體—核信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同的細(xì)胞信號(hào)過(guò)程。
據(jù)悉,，發(fā)現(xiàn)脫落酸受體ABAR,，無(wú)疑是找到了控制植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育的“金鑰匙”。找到了這把鑰匙,，將進(jìn)一步深入揭示脫落酸執(zhí)行生物學(xué)功能的過(guò)程,，使人們更加自由地控制植物氣孔運(yùn)動(dòng)和種子發(fā)育成為可能，為脫落酸作用機(jī)理和應(yīng)用研究打開(kāi)了一扇新大門(mén),。
據(jù)悉，該論文是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)第一篇在《自然》雜志上發(fā)表的論文,。
