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香港学者Plant Cell Physiol:让花在冬天绽放

来源:生物通
摘要:传说一年冬天,武则天游览花园,看到只有花苞没有花开,便下令要求各类花在三日内全部开放,但冬日寒冷,花朵如何开放呢,花匠与太监只好将花苞包起来连续三天捧着暖炉烘,没想到三日后竟真有百花齐放。近日来自香港大学生命科学系的研究人员发表了题为“TransgenicArabidopsisFlowersOverexpressingAcyl-CoA-BindingPro......

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传说一年冬天,武则天游览花园,看到只有花苞没有花开,便下令要求各类花在三日内全部开放,但冬日寒冷,花朵如何开放呢,花匠与太监只好将花苞包起来连续三天捧着暖炉烘,没想到三日后竟真有百花齐放。虽然这只是传说,但冬日令花朵绽放一直也是植物学家们研究的焦点之一。 

近日来自香港大学生命科学系的研究人员发表了题为“Transgenic Arabidopsis Flowers 

Overexpressing Acyl-CoA-Binding Protein ACBP6 are Freezing Tolerant”的文章,利用一种关键蛋白,令花朵在摄氏零下7度环境中存活率大幅提高,这将有助于农作物抗冻培养研究。

这一研究成果公布在Plant&Cell Physiology(PCP)杂志上,领导这一研究的是香港大学蔡美莲教授,其他研究人员包括廖攀和陈琴芳。

低温胁迫是影响作物产量和地理分布的重要环境因子之一。自然环境下温度是决定植物地域分布的主要限制因子,在栽培条件下更影响着农作物的产量和品质,低温对植物的影响尤为突出。低温胁迫常使某些起源于热带、亚热带地区的植物因冷敏感性而无法在温带以北地区露地安全越冬,这就给引种带来不利,因此,探明植物抗寒性形成的生理机制和遗传因素,不仅在理论上具有重要的科学意义,在解决生产实际问题上也具有广泛的应用价值。

为了解决这一问题,研究人员培育了一种关键蛋白:ACBP6增强表达的转基因拟南芥,从中选择30个花朵完整的花,与普通的拟南芥一起放入摄氏零下7度环境,这些普通的拟南芥通常只能在摄氏23度环境下才能开花。

结果发现冷冻一小时后,野生型花朵只有54%存活,而转基因花朵的存活率却高达86%。 

ACBP全称为酰基辅酶A结合蛋白(acyl-CoA-binding protein,生物通译),普遍存在于植物花朵中,2008年陈琴芳博士研究发现拟南芥中的ACBP6基因过表达可以显著提高植物的耐寒性,在此基础上,研究人员选择了生长周期较短的转基因植物研究常用的植物拟南芥,通过植物转基因方法,增强其中ACBP6的表达。

研究人员先后进行了多次研究,总共培育使用了上千朵花,而且研究试验最困难的在于拟南芥花朵仅一粒米大小,试验后需剪开花朵才能观察其是否存活,耗时耗力。

这项研究从应用上来说有助于增强农作物对冬季寒冷天气的抵抗力,研究人员表示特别是针对柑橘的生产有很大的帮助,不过他们也提出目前这一研究还处于基础研究阶段,应用到实际中还有待进一步研究。

除了ACBP6以外,近期国内的学者还通过基因功能分析手段证实了AtHAP5A 基因在冷冻害胁迫应答中的作用。体内实验证明AtHAP5A可以直接结合CCAAT元件并调控其表达,同时染色质免疫共沉淀ChIP-PCR和遗传分析研究表明AtXTH21 是一个直接受AtHAP5A调控的下游基因;它们的过表达植株可以增强植物对冷冻害胁迫的抗性,而T-DNA插入突变体则对冷冻害胁迫更加敏感。进一步研究表明AtHAP5A 可以通过调控活性氧代谢和脱落酸(ABA)的敏感性参与植物对冷冻害胁迫应答。

作者: 2014-6-16
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