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植物耐旱性可再“编程”

生物技术 时间:2020-01-03 14:25:48 作者:莫敖坤
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美国加州大学河滨分校进行的合成生物学研究提供了一个方略,即将植物重新“编程”使其消耗更少的水,为农作物改良打开了新的大门。

干旱是影响植物发育生长最为重要的环境胁迫因素。当植物遭遇干旱,它们会自然地生成脱落酸(ABA),这是一种抑制植物生长和减少用水消耗的应激激素。当这种应激激素与植物中的受体(特殊蛋白质)相结合时,将激发该受体并带来有益的变化——如闭合叶子的气孔以减少水分的蒸发,帮助植物生存下来。

在干旱时,喷洒脱落酸确实能帮助植物生存,但脱落酸成本高,在植物细胞内会迅速地失去活性且对光线敏感,因此,在农业生产中并没有被大量直接使用。很多研究团队正在致力于开发合成的模拟脱落酸以增强耐旱性,但是预计这将有一个漫长且高投入的研究过程。

不过,双炔酰菌胺——这种控制果蔬晚疫病的化学合成品已经广泛地应用于农业生产。那么,受到干旱威胁的农作物是否能被“编程”,使其对双炔酰菌胺做出如对脱落酸一般的反应,由此提高其在干旱时的生存能力?

从加州大学河滨分校Sean Cutler领导的专家团队的研究来看,答案是肯定的。

这些研究者在实验室里对拟南芥和番茄进行了研究。他们利用生物合成的方法开发了一种新的植物脱落酸受体,通过“编程”使其被双炔酰菌胺而不是脱落酸激活。研究者发现,当重新“编程”的植物被喷洒双炔酰菌胺时,通过激发脱落酸的反应路径,闭合气孔减少水分蒸发,其在干旱的条件下能更有效地生存。

“通过基因工程为植物重新‘编程’,我们成功地使得农用化学品找到了新的应用——这是之前从未做过的。”Cutler说,“我们期望这一利用合成生物学改变植物反应的方略,会促使更多的化学合成品被用于控制其他有益的特性——例如抗病性或生长率。”

“实际上,利用合成生物学已经规避了这种障碍,我们用的是在实际中已应用的东西,通过对植物再“编程”,使得这种化学物质控制植物的水消耗。”Cutler说。

蛋白质工程是一种系统地构建蛋白变异体且能够测试其新属性的方式。Cutler等利用蛋白质工程创造了匹配的且可有效激活双炔酰菌胺的植物受体。这些“受体”被导入拟南芥和番茄中,它们对双炔酰菌胺的反应和对脱落酸的反应是相同的。在缺乏双炔酰菌胺时,这些植物与其他没有这种蛋白的植物的区别很小。

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