促进植物生长和提高作物产量的新发现

在2014年1月13日的《发育细胞》（Developmental Cell）上发表的一项研究中，英国的研究人员发现，小泛素样修饰物蛋白SUMO使植物无需依赖赤霉素就能够控制自身生长。他们认为，通过改变修饰蛋白和抑制蛋白之间的相互作用，可以去除植物生长中的“阻碍”， 即使受到环境胁迫时，也能带来更高的作物产量。

　　

　　　由英国杜伦大学的专家所带领的科学家团队，在植物中发现了一种天然机制，即使在压力条件下也能够促进植物的生长，从而可能提高作物的产量。
　　　植物在面临不利条件时，如缺水或土壤的高盐含量，为了节约能源，它们会自然地减缓生长，甚至完全停止生长，来应对不利条件。植物通过制造抑制其生长的蛋白质来做到这一切。当植物产生一种激素——称为赤霉素（可分解抑制生长的蛋白质）时，这个过程就会被逆转。
　　　对农民来说，生长抑制可能是个问题，因为当植物的生长受到限制时，其产量就会下降。由杜伦作物改良技术中心带领的研究团队，包括英国诺丁汉大学、洛桑研究所和华威大学的专家们发现，植物具有无需依赖赤霉素、调节自身生长的自然能力，尤其是在受到环境胁迫的时候。
　　　他们发现，植物能够产生一种修饰蛋白，称为小泛素样修饰物（Small Ubiquitin-like Modifier，SUMO），能够与生长抑制蛋白相互作用。研究人员认为，通过修改修饰蛋白和抑制蛋白之间的相互作用，他们可以去除植物生长中的“阻碍”， 即使在植物遭受压力时，也能带来更高的产量。蛋白质之间的相互作用，可以通过很多方式被修改，包括传统的植物育种方法和生物技术。
　　　这项研究是在拟南芥Arabidopsis thaliana中进行的，拟南芥是一种十字花科植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学的研究，已经成为一种典型的模式植物，它自然生长在欧洲和亚洲中部的大部分地区，但是科学家们称，他们发现的这种机制，也存在于例如大麦、玉米、水稻和小麦这样的作物中。
　　　本文的通讯作者、杜伦大学生物和生物医学科学学院的Ari Sadanandom博士，是杜伦作物改良技术中心的副主任，他表示，这一成果对于作物生产可能具有重要的价值。
　　　Sadanandom博士说：“我们发现的是，植物中存在一种分子机制，能够在不断变化的环境条件下，使抑制生长的特定蛋白水平保持稳定。”
　　　“这一机制无需依赖赤霉素，就能够起作用，这意味着我们可以利用这种新的认识，发展一种即使在压力情况下也能促进植物生长的新方法。”
　　　“如果你是田野中的一位农民，那么你就不希望每当遇到不利条件时，你的小麦就停止生长。”
　　　“假如，即使当面对不利的条件时，我们也能够促使作物保持生长，那么，这将带给我们更高的产量，可以持续增强粮食的生产，满足地球上有限的资源的需求。”
　　　这项研究是由生物技术和生物科学研究委员会资助，发表在2014年1月13日的《发育细胞》（Developmental Cell）上。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Small Ubiquitin-like Modifier Protein SUMO Enables Plants to Control Growth Independently of the Phytohormone Gibberellin
Summary：Plants survive adverse conditions by modulating their growth in response to a changing environment. Gibberellins (GAs) play a key role in these adaptive responses by stimulating the degradation of growth-repressing DELLA proteins. GA binding to its receptor GID1 enables association of GID1 with DELLAs. This leads to the ubiquitin-mediated proteasomal degradation of DELLAs and consequently growth promotion. We report that DELLA-dependent growth control can be regulated independently of GA. We demonstrate that when a proportion of DELLAs is conjugated to the Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO) protein, the extent of conjugation increases during stress. We identify a SUMO-interacting motif in GID1 and demonstrate that SUMO-conjugated DELLA binds to this motif in a GA-independent manner. The consequent sequestration of GID1 by SUMO-conjugated DELLAs leads to an accumulation of non-SUMOylated DELLAs, resulting in beneficial growth restraint during stress. We conclude that plants have developed a GA-independent mechanism to control growth.