中美科學家發現大幅提高水稻抗旱性的蛋白

林小春

中美研究人員利用基因技術讓水稻及其他作物產生大量PYL9蛋白，可顯著提高它們的抗旱性能，從而幫助提高糧食安全。

這項成果當天發表在新一期美國《國家科學院學報》上，由中科院上海植物逆境生物學研究中心與美國珀杜大學等單位聯合完成。

論文第一作者、上海植物逆境生物學研究中心趙楊介紹，這些轉基因作物的抗旱策略是讓老葉加速衰老，而把養分留給幼葉和芽來提高存活率，與壁虎斷尾求生類似。

趙楊同時也在珀杜大學做研究。他說，植物的抗旱機制很大程度上依賴于一種叫脫落酸的植物激素，但脫落酸如何幫助植物抗干旱的分子機制尚未弄清。為此，他們通過轉基因人為控制植物生成脫落酸的PYL受體蛋白，發現其中一種蛋白PYL9過度生成會很好地增強植物的抗旱性能。

實驗表明，在兩周干旱的情況下，野生型水稻的存活率為10%，而轉基因水稻存活率在50%以上。

趙楊說，PYL9抗旱采取了多種策略，包括關閉氣孔、抑制生長、促進休眠、促進葉表面蠟質合成等，其中最有意思的是加速老葉衰老。水分是光合作用的原材料，所以極端干旱環境中的植物光合作用很弱。老葉的衰老可以節省水分和養分消耗，同時將養分甚至水分轉移到幼葉和芽中，增強了幼葉和芽的存活率。

這項研究雖然只使用了水稻與模式植物擬南芥，但趙楊認為，這種抗旱方法適用于絕大多數植物。

趙楊等人沒有分析PYL9轉基因對作物產量和品質的影響。他說：“由于水分是光合作用的原材料，干旱必然造成生物總量、產量和品質的降低，轉基因能改善植物抗旱性，增強存活率，”能在極端條件下避免絕收，從而提高了糧食安全。

對于該研究的意義，他說，一是證實脫落酸直接誘導衰老，而不是通過合成其他物質來促進葉片衰老和脫落，解決了長期的爭議問題；二是闡明了老葉衰老對植物抗旱的意義，說明老葉衰老有利于植物在極端干旱條件下存活。而此前有研究者提出，阻止衰老有利于作物抗旱，并提議將其作為抗旱品種的篩選標準。