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ERECTA基因是什么 关于ERECTA基因的详细介绍

ERECTA基因,简称ER基因,广泛存在于各种植物中,可改良不同作物如水稻、玉米、蔬菜等农作物,以及草坪或其他园林植物的抗热性,还可促进其生长发育、改良产量性状。

简介

ERECTA基因ERECTA基因,是从拟南芥中分离到的一个类受体激酶基因。ERECTA基因对植物的叶、花和气孔发育都有直接的影响,并在植物抗病、蒸腾作用和元素积累等生理过程中起着重要的作用。上海生科院植物生理生态研究所研究员何祖华领衔研究团队,常年致力于植物抗病抗逆研究,他们在极端高温环境下培养形似荠菜的模式植物拟南芥,发现其中一种拟南芥生态类型不仅抗病并且特别耐热,40摄氏度下竟成活2天,于是从中克隆出参与抗病抗高温的一个数量性状基因,就是ERECTA基因,简称ER基因。

实验研究

ERECTA基因何祖华等将ER基因转入番茄,验证了其对转基因植物抗热性的提升作用。之后,他们在百余种番茄中筛选出4种,本身ER基因的表达量就较高,同时也更抗热耐旱。究其机理,ER基因表达水平提高后,显著增强了逆境下植物细胞膜的完整性,使细胞不易死亡。而每个细胞增多增大,组织器官与生物量也随之增大,植株总体壮实,表现出产量优势。这样的“高ER番茄”,在实验楼楼顶曝晒至45摄氏度也不会枯死。

经过上海、杭州、武汉等地连续3年的田间试验,研究团队还发现ER基因无论在双子叶经济作物番茄、还是在单子叶粮食作物水稻中,都具有相同的抗高温功能,比如“高ER水稻”与对照组相比在高温条件下的结实率提高,在长期高温条件下可增重30%至50%。何祖华表示,这个研究成果提示,对于农作物,可通过自然选育,育出不怕热、不怕晒的新品种;而对于园林植物,可通过转基因手段强化其对于干热的抗性。[1]

实际上十几年前,ER基因已经被科学家发现,但一直不清楚它在植物逆境反应中的确切功能。何祖华带领的团队,在研究不同生态类型的拟南芥时,发现了ER基因与植物抗高温能力的关系。随后,研究人员以番茄和水稻为研究材料,在其中高表达拟南芥的ER基因,他们发现,实验材料抗高温的能力显著提高了。花了三年的时间,在国际上率先完成了这一实验,而这一实验结果,也说服了国际审稿人,论文才得以发表。

研究成果

ERECTA基因2015年8月17日晚,标题为《在水稻、番茄中过表达类激酶受体基因ERECTA会提高其抗热性》的论文,在线发表在国际顶级学术期刊《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上。该论文显示,当高表达ERECTA基因(简称“ER基因”)时,水稻、番茄对高温抗性明显增强。基因高表达指的是经人为操控,该基因在细胞内多次发挥作用,超过原有水平。ER基因高表达后,植物细胞像是涂了“防晒霜”,高温条件下,细胞的寿命延长了。他们还发现,这些抗逆植物生物量增加,增产潜力提高,而这有违“抗逆植物往往矮小”的“常理”。

“抗逆和产量往往二者不可兼得”过去,很多实验室的研究经验表明,植物抗性能力的提高,往往以牺牲产量为代价,抗高温能力是植物抗性的一种。但令人惊喜的是,ER基因是个例外。它除了能增强植物的抗高温能力,“高温不死”,还增强了植物的生长量和抗旱能力,正常气温下,不减产,高温条件下,产量优势明显。

ER基因能促进植物细胞数量增多,细胞体积增大。8月份,正是水稻的抽穗期,高温天气,会造成大幅减产。但ER基因高表达的植株,不但不减产,还会增产。在夏季,研究人员在武汉、上海等多地实验,温度高达40℃,普通番茄已经枯萎,但高表达ER基因的植株依然生命力顽强。

“高温不死”的原因是,ER基因表达成的蛋白,能够使植物细胞即使在高温条件下也继续保持完整,存活率提高,但为什么能达到这一效果,机制尚不清楚。

应用前景

2015年8月,已有研究团队根据这一研究成果,开始在玉米、蔬菜等中寻找高表达ER基因的植株,以培育抗高温能力强的作物新品种。但何祖华强调,除了ER基因,植物还有其他的抗高温基因,它们可能共同起作用。未来,研究人员希望找到天然高表达ER基因的植株,进行品种选育和研究。[2]

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