华中农业大学PNAS发现新型水稻抗旱基因
来自华中农业大学的研究人员鉴别出了一个水稻基因DWA1，证实其通过调控胁迫诱导的植物角质层蜡质(Cuticular wax)累积在发挥了至关重要的抗旱作用。这一研究发现发表在10月14日的《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上。
论文的通讯作者是华中农业大学的熊立仲(Lizhong Xiong)教授。其主要从事水稻后期抗旱的分子基础和遗传改良研究，发表高水平学术论文10多篇，申请国内ZL11项，国际ZL2项。
角质层包括蜡质和角质，是覆盖于陆生植物表面与外界环境接触的重要保护性障碍物。角质层蜡质在植物抵抗各种生物和非生物胁迫中起着非常重要的作用，如防止水分的非气孔行丢失，抵抗病菌入侵和防止草食性昆虫吞食，抵抗紫外辐射和霜冻等非生物逆境的影响等。
水分胁迫通常会导致蜡质积累增加。对于水分胁迫具有抗性的植物一般都有较厚的表皮蜡质。研究表明，逆境诱导的蜡质含量增加，可导致叶水分丧失的敏感性降低。同时，蜡质含量的增加，同样可增加植物抗干旱的能力。但目前对于干旱胁迫条件下角质层蜡质累积的遗传调控机制还不是很清楚。
在这篇文章中，研究人员鉴别出了一个水稻基因Drought-Induced Wax Accumulation 1 (DWA1)，证实它编码了长度为2391个氨基酸的极大蛋白，该蛋白由多个酶结构构成，其中包括一个氧化还原酶样结构域、一个包含AMP结合结构域的原核生物非核糖体肽合成酶样模体，和一个丙二烯氧化合酶样结构域。
研究人员证实该蛋白保守存在于维管植物中。dwa1基因敲除(KO)的突变体相对野生型对于干旱胁迫高度敏感。DWA1主要表达于维管组织和表皮层，干旱胁迫可强有力地诱导DWA1表达。这一dwa1突变体干旱胁迫下角质层蜡质累积受损，显著地改变了植物的角质层蜡质组成，导致植物对干旱敏感性增高。且这一突变体的极长链脂肪酸水品降低，而过表达DWA1的植物相比于野生型则极长链脂肪酸水平增高。 研究人员证实在干旱条件下，dwa1 KO突变体中许多蜡质相关基因的表达显著受到抑制。此外，他们还在体外证实，DWA1的AMP结合结构域显示酶活性激活长链脂肪酸形成了酰基CoA (acyl-CoA)。
这些结果表明，DWA1通过调控水稻中干旱诱导的角质层蜡质累积控制了抗旱性。这一研究发现或许对于改良农作物品种的抗旱性具有极其重要的意义。
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科技前沿
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项目成果
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