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    想讓作物更抗洪?科學家找到剎車和油門

    2020-07-22 15:05 | 作者: 中國科學報 | 標簽: 抗洪

    高度對農作物很重要。低矮的作物可以承載更重的谷穗而不會彎曲,高大的作物則更能抵御長期洪水。本月,名古屋大學的植物分子遺傳學家赤木元之與同事在《自然》刊文,他們對比了生長在深水和淺水兩種不同環境中的水稻DNA,發現基因ACE1可調控作物加速生長,基因DEC1則起“剎車”作用,二者聯合,有望共同控制水稻生長高度。

    20世紀中期,育種家更傾向培育短莖的小麥和水稻,此類品種更可能有較高產出,且更不易倒伏。后來,生物學家發現,這些變種作物發育過程中產生的赤霉素更少,且對赤霉素釋放的某些信號反應更遲鈍,比如刺激莖桿生長的信號。此類突變也有副作用,如導致干旱多發地區的年幼植物過早進入發育階段。

    東南亞三角洲地區普遍種植水稻,此地季節性洪水退散周期長,水深可長期保持一米或更高。研究組發現,在此種環境下的水稻生長速度很快。被洪水淹沒時,乙烯會在水稻中聚集,產生更多赤霉素,水稻莖長可在一天內增加25厘米,得以在長期深水洪水環境中存活。

    最新研究中,研究人員發現:水稻在深水環境中生長時,一旦被水面覆蓋,水稻體內的ACE1基因便被激活,莖部細胞受到刺激、分裂,水稻加速生長。但在淺水環境中生長的水稻,其ACE1基因則發生了突變,即便被水淹沒,水稻的莖也沒有再延長。

    通過另一項實驗,研究組證實了DEC1在淺水水稻品種中的活躍表現。即便水稻被淹沒,DEC1仍然活躍,水稻的莖不再生長。而深水水稻被淹沒時,其內部的DEC1基因停止表達,莖繼續生長。

    這兩種基因也存在于甘蔗、大麥和二穗短柄草中。接受《科學》采訪時,利茲大學的植物生物學家勞拉·迪克森表示,如果科學家能控制這兩個基因,也許可在不改變植物赤霉素水平的情況下調節植物高度,甚至延伸到水稻之外的作物。

    加利福尼亞大學河濱分校的分子生物學家茱莉亞·塞雷斯表示,這可能是分子育種工具箱中一個新的利器。未來,這些基因會幫助育種者培育出應對季節性洪水的低產品種,或改進更矮但產量更高的水稻品種。

    相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2501-8

    來源:中國科學報

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