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Genes & Development：水稻抗逆功能基因研究
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8月1日，国际知名学术杂志《基因与发育》(Genes & Development)正式发表了我国科研人员关于水稻调控抗旱耐盐新机理的研究论文。这项研究成果由该所植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究组完成。该研究组经过多年努力，在水稻重要性状遗传与功能基因研究方面取得了多项重要成果。这是该研究组第五次在国际著名学术杂志上发表水稻重要功能基因研究的成果。 随着人口增加、社会经济发展及自然气候条件变化，水资源短缺、土壤盐碱荒漠化的趋势日益加剧，干旱和盐碱已成为造成农作物产量和质量下降的两个主要环境因素。为了解决这一农业难题，一直以来国内外植物学家都十分重视作物抗逆性的研究，并把较高的抗逆性作为评价作物优良品种的重要指标之一。开展作物抗逆的分子遗传机理研究可以为作物抗逆分子育种改良提供理论基础。 为了寻找水稻中的抗逆相关基因，林鸿宣研究组通过大规模筛选水稻EMS诱变的突变体库，获得了一份较强抗旱、耐盐，而且稳定遗传的水稻突变体，将该突变体命名为dst(drought and salt tolerance)。以此作为研究材料，林鸿宣研究员指导博士生黄新元和晁代印等通过图位克隆方法分离克隆了控制该抗逆性状的基因DST。该基因编码一个只含有一个C2H2类型锌指结构域的蛋白，随后被证明是一个新型的核转录因子。在dst突变体中，该蛋白的二个氨基酸的变异显著地降低了DST的转录激活活性。他们的研究表明，DST作为抗逆性的负调控因子，当其功能缺失时可直接下调过氧化氢代谢相关基因(如过氧化物酶基因)的表达，使清除过氧化氢的能力下降从而增加过氧化氢在保卫细胞中的累积，促使叶片气孔关闭，减少水分蒸发，最终提高水稻的抗旱耐盐能力。重要的是，抗逆性增强的dst突变体在正常生长情况下其产量与对照品种(野生型)相比没有明显的变化，为该基因在作物抗逆育种中的应用提供了便利。通过一系列实验，他们揭示了一种调节水稻抗旱耐盐的分子调控新机制。即旱盐胁迫时，水稻通过下调DST的表达，进而降低其下游过氧化氢代谢相关基因的表达，减小叶片气孔的开度，控制水分的流失，从而增强抗干旱和耐受盐胁迫的能力。这项研究成果加深了人们对作物抗逆性状遗传调控机理的认识，同时也为作物抗逆分子育种提供了具有自主知识产权的重要新基因。 这项研究得到国家自然科学基金委、科技部“973”项目和“863”专项、中科院和上海市科委等的资助。（生物谷Bioon.com） 生物谷推荐原始出处： Genes & Dev. 2009. 23: 1709-1713 doi:10.1101/gad.1812409 A previously unknown zinc finger protein, DST, regulates drought and salt tolerance in rice via stomatal aperture control Xin-Yuan Huang,1, Dai-Yin Chao,1, Ji-Ping Gao, Mei-Zhen Zhu, Min Shi and Hong-Xuan Lin,2 1 National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Shanghai Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200032, China Abiotic stresses, such as drought and salinity, lead to crop growth damage and a decrease in crop yields. Stomata control CO2 uptake and optimize water use efficiency, thereby playing crucial roles in abiotic stress tolerance. Hydrogen peroxide (H2O2) is an important signal molecule that induces stomatal closure. However, the molecular pathway that regulates the H2O2 level in guard cells remains largely unknown. Here, we clone and characterize DST (drought and salt tolerance)—a previously unknown zinc finger transcription factor that negatively regulates stomatal closure by direct modulation of genes related to H2O2homeostasis—and identify a novel pathway for the signal transduction of DST-mediated H2O2-induced stomatal closure. Loss of DST function increases stomatal closure and reduces stomatal density, consequently resulting in enhanced drought and salt tolerance in rice. These findings provide an interesting insight into the mechanism of stomata-regulated abiotic stress tolerance, and an important genetic engineering approach for improving abiotic stress tolerance in crops. |
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