植物遇到干旱，葉面氣孔為什么會關閉,？是什么原因調節(jié)控制了植物的生長發(fā)育,，并在失水干燥的狀態(tài)下仍能存活,？中國農業(yè)大學生物學院教授張大鵬領導的科研小組,，歷時10年的一項基礎研究,，首次發(fā)現了一種參與葉綠素生物合成的蛋白質———植物脫落酸(ABA)受體，從而找到了控制植物氣孔運動和種子發(fā)育的“鑰匙”,?？茖W家說，用這把“鑰匙”,，可以打開脫落酸作用機理和應用的“大門”,，科學家就能自由地控制植物氣孔運動和種子發(fā)育。
本月最新一期出版的英國《自然》雜志,，以主題論文的形式發(fā)表了這一研究成果,。
對生長素、赤霉素,、細胞分裂素,、乙烯和脫落酸等植物激素“五兄弟”的研究,，一直被科學界視作生命科學的前沿熱點。這是因為植物激素參與調控植物生長發(fā)育的全過程,，而脫落酸掌管著植物氣孔運動和種子發(fā)育等。研究表明,，當植物處于干旱時,，體內的脫落酸會自動增加，以幫助葉面關閉氣孔,，控制水分流失,，從而戰(zhàn)勝干旱,；當種子發(fā)育到接近成熟時,，脫落酸又會控制種子的休眠和萌發(fā)，使其不在植株(樹)上或惡劣的環(huán)境下發(fā)芽,。
此外,，研究還發(fā)現，脫落酸也是調節(jié)幼苗生長,、植物對逆境適應能力的一個生命攸關的化學“信號”,。張大鵬解釋說，同其它植物激素等化學“信號”一樣,，脫落酸實質上是一個細胞“信號”的轉導過程,。這一“信號”首先通過細胞受體被識別，識別后,，最終導致植物的生理效應,。
過去，科學家也曾發(fā)現過一種脫落酸受體,。然而,，僅只限于知道脫落酸對植物開花和側根形成的控制。對控制植物種子發(fā)育,、氣孔以及對干旱適應性的脫落酸受體,，一直是未解之謎。張大鵬教授發(fā)現的是“一種參與葉綠素生物合成的蛋白質的脫落酸受體”,，張大鵬將這種蛋白質命名為“ABAR”,。分子克隆研究發(fā)現，“ABAR”是參與葉綠素合成和質體—核信號轉導的蛋白質,，其名稱為“鎂螯合酶H亞基”,。
科學家說，對植物激素的研究,，是人類進行植物遺傳改良和育種的重要理論源頭,，同時,，可以對作物遺傳改良和育種的實踐起到革命性的作用。20世紀中期的“綠色革命”,，之所以能使水稻,、小麥等作物的產量大幅提高，就是利用了植物激素途徑的關鍵基因對作物生長發(fā)育的狀況進行了調控,，從而提高了新品種的同化,、代謝能力和抗逆能力。
當張大鵬教授領導科研小組的這篇創(chuàng)新論文在《自然》雜志發(fā)表時,，適逢“植物激素與綠色革命”的香山科學會議召開,。與會專家認為，探索主要植物激素在植物生長發(fā)育中的調控作用,，將有可能使作物產量再次實現新突破,。隨著包括對脫落酸在內各種植物激素研究的深入，也許有一天,，又會迎來一場新的惠及全人類的“綠色革命”,。
近日，中國農業(yè)大學科研工作再結新碩果,，該校生物學院張大鵬教授的研究小組成功發(fā)現植物激素脫落酸(ABA)的一個受體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。
據介紹,，生長素,、赤霉素、細胞分裂素,、乙烯和脫落酸(ABA)等植物激素“五兄弟”一直是生命科學研究的熱點,。植物激素參與調控植物生長發(fā)育過程的幾乎每一個方面，而ABA主要掌管植物氣孔運動和種子發(fā)育：當植物處于干旱狀態(tài)時,，體內的ABA會自動增加,，幫助葉面的氣孔關閉，以控制水分散失,，幫助植物戰(zhàn)勝干旱,；當果實中的種子發(fā)育到接近成熟時，從生理上已獲得發(fā)芽能力,，ABA會控制種子的休眠和萌發(fā),，使種子不會在植株上或惡劣的環(huán)境下發(fā)芽。
過去,，科學家發(fā)現了一種ABA受體,，認識了ABA對植物開花和側根形成的控制。而對于控制植物種子發(fā)育,、氣孔和對干旱適應性的ABA受體卻一直是個未知的謎團,。張大鵬研究小組找到了答案,，他們發(fā)現一種參與葉綠素生物合成的蛋白質也是一種ABA受體，并于最近完成了鑒定這種介導種子發(fā)育,、幼苗生長和葉片氣孔行為的ABA受體——ABAR,。
張大鵬教授研究小組幾年前提純了一種ABA特異結合蛋白，命名為ABAR,，并克隆了編碼ABAR的基因,。結果發(fā)現ABAR基因編碼一個已知蛋白質，即定位于質體內的參與催化葉綠素合成和質體—核信號轉導的蛋白質CHLH,。他們在模式植物擬南芥中研究了ABAR／CHLH與ABA信號識別的關系。研究表明,，通過超表達技術上調ABAR／CHLH基因表達,，可以使植物在種子萌發(fā)、幼苗生長和氣孔運動方面對ABA反應“超敏”,；而用穩(wěn)定表達的RNA干擾、反義RNA,、化學誘導的RNA干擾技術或通過穩(wěn)定表達的突變體對ABAR／CHLH基因表達下調,，發(fā)現使植物在種子萌發(fā)、幼苗生長和氣孔運動方面對ABA反應“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,。葉綠素合成和質體—核信號轉導的突變體,，如果不影響ABAR／CHLH的表達,，就不影響植物對ABA信號的響應,。以上研究結果證明，ABAR是一個ABA受體,。ABAR介導的ABA信號轉導是一個獨立于葉綠素合成和質體—核信號轉導的不同的細胞信號過程,。
據悉，發(fā)現脫落酸受體ABAR,，無疑是找到了控制植物氣孔運動和種子發(fā)育的“金鑰匙”。找到了這把鑰匙,，將進一步深入揭示脫落酸執(zhí)行生物學功能的過程,，使人們更加自由地控制植物氣孔運動和種子發(fā)育成為可能，為脫落酸作用機理和應用研究打開了一扇新大門,。
據悉,，該論文是中國農業(yè)大學第一篇在《自然》雜志上發(fā)表的論文,。
