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熊立仲课题组发现控制水稻抗旱适应性的巨型酶DWA1,相关研究在PNAS上发表

10月14日,国家作物遗传改良重点实验室水稻小组的一篇论文题为“一种通过调节干旱诱导的表皮蜡合成来控制水稻耐旱性的关键巨酶DWA1”(假定的MEGA酵素DWA 1通过调节胁迫在抗旱性中发挥重要作用在线发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上的学术论文是通过诱导水稻蜡沉积发表的。这一成果解决了水稻表皮蜡质合成途径中新关键酶DWA1控制水稻抗旱性和适应性的秘密。

论文的第一作者是我们学校的博士生朱孝义,通讯作者是熊丽忠教授。

干旱等非生物逆境会抑制作物生长,导致严重减产,但植物也有自己的“应对策略”。从水生藻类到陆生植物,植物最外层的表皮蜡为它们提供了必要的保护层,防止体内水分流失,使植物能够适应干旱等不利环境。因此,如何利用蜡质这一关键适应性状来提高植物的耐旱性,是作物抗逆性遗传改良的重要课题。多年来,研究人员致力于研究拟南芥、玉米等物种在自然生长条件下表皮蜡质的合成和遗传调控,并试图利用发现的基因提高抗旱性。然而,改良的转基因植物通常表现出诸如矮化和生育力下降的负面特征。因此,研究干旱诱导的表皮蜡质的特异性合成对植物抗逆性的遗传改良更为重要。

本文报道了一个基因DWA1(干旱诱导蜡积累1),它在干旱胁迫下特异性控制水稻表皮蜡的合成。该基因在维管植物中高度保守,编码一种未报道的巨大蛋白质(由2391个氨基酸组成)。该基因在维管组织和表皮中特异表达,受干旱等逆境强烈诱导:在正常生长条件下,缺少该基因的水稻与野生型水稻没有明显差异,但在干旱胁迫下,缺少该基因的水稻由于叶表皮蜡质缺乏而对干旱极其敏感,这更有可能导致严重减产。进一步的研究发现,该基因编码的蛋白质是蜡合成途径中的一种新的关键酶。它通过控制干旱胁迫下超长链脂肪酸的合成和积累来调节表皮蜡质的合成,从而控制植物对干旱的适应性。

过去,人们对干旱诱导表皮蜡特异性合成的遗传和分子基础知之甚少。本研究加深了人们对植物干旱适应机制的认识,DWA1控制干旱诱导蜡合成的发现对作物抗旱遗传改良具有重要意义。

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