作者:袁柳 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/20 17:23:08
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想让作物更抗洪?科学家找到刹车和油门

 在越南,一些水稻可在长期洪水环境下存活。(图片来源:ALAMY STOCK PHOTO)

高度对农作物很重要。低矮的作物可以承载更重的谷穗而不会弯曲,高大的作物则更能抵御长期洪水。本月,名古屋大学的植物分子遗传学家赤木元之与同事在《自然》刊文,他们对比了生长在深水和浅水两种不同环境中的水稻DNA,发现基因ACE1可调控作物加速生长,基因DEC1则起“刹车”作用,二者联合,有望共同控制水稻生长高度。

20世纪中期,育种家更倾向培育短茎的小麦和水稻,此类品种更可能有较高产出,且更不易倒伏。后来,生物学家发现,这些变种作物发育过程中产生的赤霉素更少,且对赤霉素释放的某些信号反应更迟钝,比如刺激茎杆生长的信号。此类突变也有副作用,如导致干旱多发地区的年幼植物过早进入发育阶段。

东南亚三角洲地区普遍种植水稻,此地季节性洪水退散周期长,水深可长期保持一米或更高。研究组发现,在此种环境下的水稻生长速度很快。被洪水淹没时,乙烯会在水稻中聚集,产生更多赤霉素,水稻茎长可在一天内增加25厘米,得以在长期深水洪水环境中存活。

最新研究中,研究人员发现:水稻在深水环境中生长时,一旦被水面覆盖,水稻体内的ACE1基因便被激活,茎部细胞受到刺激、分裂,水稻加速生长。但在浅水环境中生长的水稻,其ACE1基因则发生了突变,即便被水淹没,水稻的茎也没有再延长。

通过另一项实验,研究组证实了DEC1在浅水水稻品种中的活跃表现。即便水稻被淹没,DEC1仍然活跃,水稻的茎不再生长。而深水水稻被淹没时,其内部的DEC1基因停止表达,茎继续生长。

这两种基因也存在于甘蔗、大麦和二穗短柄草中。接受《科学》采访时,利兹大学的植物生物学家劳拉·迪克森表示,如果科学家能控制这两个基因,也许可在不改变植物赤霉素水平的情况下调节植物高度,甚至延伸到水稻之外的作物。

加利福尼亚大学河滨分校的分子生物学家茱莉亚·塞雷斯表示,这可能是分子育种工具箱中一个新的利器。未来,这些基因会帮助育种者培育出应对季节性洪水的低产品种,或改进更矮但产量更高的水稻品种。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2501-8

 
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