研究新发现 调控植物感光抗旱

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【新唐人2012年5月29日讯】(中央社记者汪淑芬台北29日电)中央研究植物暨微生物学研究所在光线与水两项植物生长关键元素上,创新发现调控感光与抗旱机制;在全球气候变迁加剧下,将有助让农作更适应未来环境变化。

中研院植物暨微生物学研究所两篇有关光线与水对植物生长的研究成果,由涂世隆及韦保罗研究团队提出,分别于5月7日及22日,发表在“美国国家科学期刊”;中研院今天召开记者会说明。

中研院指出,近年来全球气候变迁加剧,植物和环境间的交互作用成为植物科学中的重要课题;中研院植物暨微生物学研究所的主要研究领域,包括探讨植物如何感测、反应和适应环境变化,希望能彻底了解植物功能,以理解环境变迁如何影响农业生产和植物的生态系统。

涂世隆研究团队首度证实一种全新型态的酵素“藻橘色素合成(酉每)”(PUB synthase, PUBS),具有启动与活化植物光感应及讯息传递的功能,大幅修正以往学术界对植物的光感应认知。

韦保罗研究团队则是发现不同品系的阿拉伯芥草在干旱逆境下,所累积的脯胺酸(Proline)分子差异,可高达10倍;而差异是由一项RNA基因剪接变异所导致。

根据涂世隆团队的研究,光线是植物发育生长的重要能量来源,而植物的“光敏素” (phytochrome) 是一种能够以感应光线,达到调节植物成长的光受器蛋白;过去学术界仅知在植物中一种名为“光敏色素合成(酉每)”的酵素,可以启动与活化植物中的“光敏素”。

涂世隆研究团队以苔藓类植物“小立碗藓”(Physcomitrella patens)为研究对象,首度证实另一种全新型态的酵素“藻橘色素合成(酉每)”(PUB synthase,PUBS),也具有启动与活化植物光感应及讯息传递的功能。

中研院说,涂世隆团队这项重大发现,修正了以往学术界对植物光感应的认知;研究团队还进一步筛选出“小立碗藓”的“光敏素”在光线下所调控的基因并进行分析,结果发现非维管束植物中的“光敏素”,能够很有效率地调控基因表现,以因应在光线下的生长,而调控方式与高等植物不同;这也是首次能够以系统生物学的研究方法,探讨非维管束植物中光受器调控基因表现的机制。

涂世隆研究团队表示,“光敏素”这种酵素发现在非维管束植物,这类在演化上介于水生植物与陆生植物间、存在地球已超过数亿年的原始生物中,表示其所调控的基因表现机制,对植物适应陆生环境应有其重要性,除了学术意义之外,未来或可被应用在农业生物技术上,调整作物的生长及分化。

韦保罗研究团队致力研究植物在干旱下对于有限水分的反应;研究团队说,许多植物在干旱逆境下会累积大量的脯胺酸(Proline),这是一种氨基酸分子;但脯胺酸的累积与植物适应干旱的相关性仍未厘清。

韦保罗是和美国德州大学的研究团队发现,阿拉伯芥草在干旱处理下,脯胺酸累积量在不同品系间的差异可高达10倍;主要是某些阿拉伯芥草品系中,“脯胺酸合成(酉每)”P5CS1的基因有特定同一型的基因变异,会促成“脯胺酸合成(酉每)”基因的RNA被不正常的剪接,因而无法产出有功能的“脯胺酸合成(酉每)”。

韦保罗研究团队首度鉴别出植物中一个与RNA剪接相关的严重基因变异,从“脯胺酸合成(酉每)”基因变异和气候数据间的关联性,显示脯胺酸含量变化的调控,在植物适应不同的水分和温度条件时扮演重要的角色;这项研究成果不仅是在学术上深入探讨植物适应干旱的机制,同时也意味着若希望以生物技术改造农作物耐旱性,脯胺酸代谢调控或许是最好的研究目标。

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