研究發(fā)現(xiàn)促進植物節(jié)水抗旱的脫落酸類似物AM1
中科院上海植物逆境生物學研究中心朱健康課題組、中科院上海藥物研究所徐華強課題組和中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院許永研究員在的研究中，共同發(fā)現(xiàn)了脫落酸（Abscisic acid, ABA）受體激動劑AM1（ABA mimic 1）。AM1是一種具有脫落酸活性的小分子化合物，噴施于植物后可以降低葉片的失水速率，顯著提高植物在干旱環(huán)境下的成活率，這一新發(fā)現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)水抗旱提供了新思路。7月9日，相關(guān)研究成果發(fā)表在學術(shù)期刊Cell Research上。
近年來我國旱災頻繁，受旱面積大。除西北長期缺水、華北旱災頻繁外，旱災在長江流域發(fā)生的頻率近年也有很大提高，日益嚴重的干旱更成為影響作物產(chǎn)量的首要環(huán)境因素。2010年以來的我國西南地區(qū)的持續(xù)干旱造成農(nóng)作物的減產(chǎn)甚至絕收。2012年美國50年不遇的大旱波及到30多個州的近2000個縣，造成玉米價格暴漲60%。這促使植物科學家們一直在尋找一種更加安全、有效的農(nóng)業(yè)抗旱手段。
盡管傳統(tǒng)的抗旱育種取得了一定成效，但由于在目標物種中缺少合適的遺傳變異，所以節(jié)水抗旱作物品種的育種效率一直不高。此外，植物的抗旱機理復雜，涉及多基因的協(xié)同控制，并且還受到如干旱發(fā)生時機等環(huán)境因素的影響，所以利用基因工程方法提高作物抗旱性也存在較大難度，加之公眾對轉(zhuǎn)基因食品的使用尚存疑慮，所以該項技術(shù)的進一步應用存在很大阻礙。
脫落酸是應對環(huán)境脅迫的主要植物激素，可以促進葉片氣孔關(guān)閉以減少水分蒸發(fā)，從而幫助植物有效應對干旱的威脅。朱健康研究員長期從事植物抗逆生理和ABA信號傳導的研究，2009年與徐華強研究員合作解析了ABA受體的結(jié)構(gòu)，被Science雜志評為了當年度*科學發(fā)現(xiàn)之一。在此研究工作的基礎上，借助于模式植物擬南芥的PYR1蛋白，研究人員從人工合成的小分子化合物庫中篩選得到PYR1受體的激動劑AM1（ABA mimic 1）。AM1可以通過激活擬南芥中的多個脫落酸受體來模擬天然脫落酸的作用，與天然脫落酸相比，此次發(fā)現(xiàn)的AM1結(jié)構(gòu)簡單且不存在旋光異構(gòu)體、易于合成和純化、成本更低，且AM1的生理活性較之前發(fā)現(xiàn)的脫落酸類似物Pyrabactin高出一個數(shù)量級，在種子萌發(fā)和營養(yǎng)生長等多個生理階段均可發(fā)揮作用。由于脫落酸受體的氨基酸序列在高等植物中非常保守，因此AM1無需進行改造即可同時應用于大面積、多種類的農(nóng)作物。
與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因作物相比，AM1的使用更加靈活，在意外遭受干旱的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)，可以通過在短期內(nèi)持續(xù)噴施AM1來提高作物的存活率，在旱季結(jié)束后即可停止施用。上述優(yōu)點使得AM1在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有極大的應用潛力和市場價值。
