方军博士《Plant Journal》取得重要突破

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2008年01月29日 来源:生物通

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  方军博士在水稻穗发芽机制研究取得重要突破

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中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究组方军博士等在水稻穗发芽研究上取得重要突破,这一研究成果已在国际植物学权威杂志《植物杂志》上发表(Fang J., et al., Plant Journal, Advance Access published on January 16, 2008, doi:10.1111 / j.1365-313X.2008.03411.x)。

众所周知,禾本科作物的穗发芽是世界性的自然灾害。仅在小麦上,我国长江流域冬麦区、东北春麦区、黄淮冬麦区及西南冬麦区等约占全国小麦总面积83% 种植区都发生过严重的穗发芽灾害。1998年,解放军总后勤部嫩江农场两万公顷小麦发生严重穗发芽,受灾面积达100%,造成下年断种而不得不从外地调运。1984年,四川盆地穗发芽损失面积达数十万公顷。这种严重的减产不仅直接影响了生产者的经济利益,而且由于穗发芽引起一系列生理生化变化,严重影响面粉加工利用品质。在水稻上,多年来由于育种更多地考虑高产、优质和抗病虫害指标,往往忽略了种子适度休眠的保留,尤其是杂交水稻制种过程中赤霉素(九二零)的大量使用,导致穗发芽危害严重。我国南方杂交稻制种中,正常年份穗发芽率为5%左右,特殊年份(高温多雨)可超过20%,即使是在常规育种中利用籼粳交培育的高产品种也大多具易穗发芽的弊端。

穗发芽也是环境和植物互作最典型、最复杂的农艺性状之一。目前在禾谷类作物穗发芽机理研究上,虽然科学家以小麦和玉米为材料通过将其作为休眠的对立面开展了一些QTL定位工作,但一直难以从分子机制上进行深入研究。利用玉米突变体也克隆了一些穗发芽相关基因,但由于玉米基因组的复杂性和全基因组测序尚未完成,难以从整体上对穗发芽的分子及生理调控机制进行系统研究。

方军博士等和中国水稻所钱前博士合作通过对大规模水稻突变体库进行系统筛选,获得了12份水稻穗发芽突变体材料,并根据其表型特点将其分成三种类型,《植物杂志》上发表的这篇文章对其中第一种类型突变体的四个穗发芽基因进行了定位和克隆,并对其进行了深入的功能分析,发现这四个基因均定位于类胡萝卜素合成途径。类胡萝卜素不仅是人体不可或缺的营养物质,在植物生长发育中,类胡萝卜素与叶绿素及蛋白质共同构成了类囊体膜上的光系统复合体,并作为叶绿素以外的光合辅助色素在光合作用中起着吸收和传递光能的作用。同时类胡萝卜素也是控制种子休眠的重要激素——脱落酸(ABA)合成的前体。

方军博士等的研究不仅进一步证明了ABA在植物穗发芽中起重要作用,同时通过实验证明了种子中GA/ABA比率变化是造成穗发芽的重要原因。对所有三类突变体的深入研究有望在穗发芽这个重要农艺性状研究上获得重大突破,不仅对解决杂交稻日益严重的穗发芽危害有非常现实的指导作用,对诸如小麦、玉米等其它禾谷类粮食作物穗发芽的控制也有一定的借鉴作用。

附:文章摘要链接
http://www.blackwell-synergy.com/doi/abs/10.1111/j.1365-313X.2008.03411.x

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