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植物究竟是如何根據環境的改變來調節自身生長快慢的?近日,這一天然法則背后的重要“開關”被湖南大學生物學院于峰課題組找到。研究人員繪制出了存在于植物體內的受體激酶FERONIA的“調控線路圖”——身處逆境,使植物進入“休眠”模式,暫緩生長,用更多能量來抵抗環境中的不利因素;反之,則開啟“成長”模式。相關成果8月26日以長篇論文形式在線發表于《美國科學院院刊》。
科學家已經發現,在不利于生長的情況下,植物會產生一種抑制生長的激素——脫落酸(ABA),俗稱“休眠素”,但對其背后的原理并不十分清楚。近年來,受體激酶FERONIA作為植物科研界的“明星分子”,其對植物細胞生長的重要調節作用已引起科研界密切關注,但其內部工作機制卻尚未被完全揭開。
于峰小組很早將注意力瞄準FERONIA。2012年他們發現,在正常生長條件下,FERONIA可通過小G蛋白信號途徑,激活磷酸酶AB12,從而阻礙脫落酸發出抑制生長的信號。進一步研究發現存在與之對應的負反饋機制:在病蟲害等逆境條件下,脫落酸的含量升高,抑制磷酸酶AB12,并釋放FERONIA的激酶活性,從而“關閉”植物的生長“開關”——RALF多肽信號。
于峰小組據此證實,正是FERONIA介導了脫落酸與RALF多肽信號之間的交叉“會話”,并最終調節植物在逆境等環境下的生長速率。他們率先提出了上述 “會話”模型:在正常生長條件下,調控植物生長的RALF多肽信號通過其受體FERONIA抑制脫落酸信號,從而降低逆境應答反應,使植物加速生長;而在逆境(如鹽、溫度、病蟲害等)條件下,脫落酸含量升高并抑制磷酸酶AB12活性從而上調RALF信號響應,使植物逆境應答增強,生長速率減緩,最終生存能力得到增強。
于峰介紹,研究小組正將這一基礎理論發現,轉化到對水稻等主要農作物的應用研究中,用以調控水稻的生長,以獲得更加質優的大米。
圖片來源:找項目網