我国科学家综合使用化学与遗传学手段提高作物的抗旱性

中科院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究员领衔的研究团队在植物抗旱领域又取得突破性进展。经多年不懈努力，该团队新获得了一种高效的脱落酸类似物，新类似物的生理活性大幅提高，对植物的抗旱能力的提升甚至要优于脱落酸本身，与遗传改良作物联用更可进一步提高作物的抗旱性。相关研究成果“Combining chemical and genetic approaches to increase drought resistance in plants”于2017年10月30日在线发表于国际著名学术期刊《自然•通讯》上。

干旱是最常见的环境胁迫因素，严重影响农作物的产量和品质。世界银行的数据表明每年全球农作物产量损失有超过半数由干旱造成，而全球气候变暖的趋势更进一步加剧干旱对农作物的危害。由于植物的抗旱性受到多基因控制并受到其它环境因素的影响，机制复杂，目前仍缺乏有效的方法来提高作物的抗旱性。因此，寻找一种有效的抗旱手段和产品在农业生产中具有重要意义。

脱落酸是植物中唯一专门响应干旱等环境胁迫的植物激素，又被称为“抗旱激素”。干旱胁迫下，脱落酸的积累可加速气孔关闭并诱导相关基因的表达，从而提高植物的抗旱性，因此可通过外施脱落酸帮助农作物抵御干旱环境。但由于天然脱落酸存在合成纯化困难且在自然光下极易分解等缺点，长期以来并未像其他植物激素一样广泛应用于农业生产中，因此寻找可提高植物抗旱性的脱落酸功能类似物具有极大的应用潜力和市场价值。

该研究团队于2013年首次发现脱落酸功能类似物AM1，该化合物在生化与植物生理实验中表现出接近于天然脱落酸的生理活性，可部分增强植物的抗旱性。基于受体-配体复合物晶体结构的比较，研究人员进一步优化AM1的分子结构，使其更好地与脱落酸受体结合, 继而获得一类新的脱落酸类似物AMF。研究表明AMF不仅具有与脱落酸高度相似的基因表达调控模式，且该化合物与脱落酸受体的结合能力更强，受体亲和性较天然脱落酸高出一个数量级。在模式植物拟南芥和经济作物大豆中进行的一系列生理实验表明，与脱落酸相比，AMF可在更低的浓度下抑制气孔开放且持续时间更久，而外施AMF的植物也同样表现出更强的抗旱性。

不仅如此，AMF与特定的遗传改良作物存在协同作用，两者联用对植物抗旱能力的提升要显著优于单独使用该化合物或遗传改良作物。上述研究表明，借助于传统遗传手段，脱落酸类似物AMF可帮助农作物更有效地对抗自然界中的干旱胁迫。该研究也提供了一个通过化学与遗传学手段相结合来有效提高作物抗逆性的范例。

（看看新闻Knews记者：张帼霞 实习编辑：许多）