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研究破译植物生长素合成生化反应链

[日期:2011-11-02] 来源:生物通  作者:佚名 [字体: ]

        近日来自加州大学圣地亚哥分校的生物学家们成功地破译了植物合成生长素的过程中完整的生化反应链。这一研究发现将推动农业学家们开发出新的途径提高生长素合成量,从而用于改善农作物的生长,提高农作物产量。相关研究成果在线发表在本周的美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。

       领导这一研究的是现任职于加州大学圣地亚哥分校植物科学系的赵云德副教授,主要从事生长激素在发育过程中的作用机理方面的研究,在植物生长素的合成、修饰、运输和信号传导的分子机理研究取得了多项突破性成果。近年在Science、Cell、Gene  and  Development等国际著名期刊上发表学术论文40多篇,授国际专利1项。赵云德现亦为华中农业大学生命科学技术学院生物化学与分子生物学长江学者讲座教授。

       在100多年以前,达尔文和他的儿子弗兰西斯(Francis)发现切掉顶端的植物不能向光生长,表明植物以某种方式控制着它们自己的生长。到现在生物学家们已深入了解了生长素在调控植物生长以及发育图式中的关键性作用,并将其广泛应用到农业生产中。当植物被施用生长素后,可导致产量增加,果实增大,生长期改变。应用生长素,不仅可以提高作物产量,改善农作物治疗,甚至还可用于除草。早年美军在越南战场上施用的落叶剂“橙剂”,其实就是一种生长素。

       早在2006年,由赵云德教授为首的科研小组就在研究中确定了决定这些激素合成的由11个基因组成的基因家族——YUCCA家族。基于这一研究成果,赵云德教授与加州大学的同事,以及萨克生物研究学院、日本理化学研究所(RIKEN)的研究人员在新研究中集中解析了植物细胞中合成生物素的主要生化信号通路。

       “植物是如何合成这一重要激素的,在近一个世纪以来都是尚待解析的谜题,”赵云德说:“尽管之前有几个基因被确认在植物的生长素生物合成中发挥重要作用,然而这些信息却是零碎的,科学家无法从中鉴别出完整的生长素生物合成信号。”

       在这篇文章中,赵云德教授和他的同事们利用尖端的遗传学技术结合生化分析在拟南芥中鉴别出了将色氨酸转化为3-吲哚乙酸(最重要的植物生长素)过程中的两步生物反应。

       “科学家们难于解析生长素生物合成机制的主要原因在于每一步都有大量的基因参与,这使得遗传解析这一过程变得非常的复杂,”赵云德说:“现在我们鉴别出了植物中主要的生长素生物合成信号,这使得我们在未来有可能实现在时空上精确地调控农作物的生长素水平,并为农业声场提供了一个非常有用的农业技术工具。”

       “生长素影响着植物生长的几乎每一个环节,包括农作物中大多数重要性状的控制,”世界知名的生长素专家、加州大学圣地亚哥分校生物学系教授Mark  Estelle说:“新研究发现具有非常重要的意义。对于基础科学家而言,生长素合成的新研究发现将有助于他们对植物发育中许多基础方面的理解。对农民而言,这一发现为他们改良作物打开了新的机遇。这对于在当前我们的社会面对着全球人口急剧增长及气候变化等挑战时尤其重要。”

 

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