2019-08-30 09:43:01
了解植物如何容忍过多的铁

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铁对于植物生长至关重要,但由于降雨量大,通风不良,许多酸性土壤会因过量铁而变得有毒。在洪水季节严重的国家,例如西非和亚洲热带地区,有毒的铁水平会对大米等主食的可用性产生严重影响。

尽管在过去二十年中有数十次尝试揭示负责铁耐受性的基因,但直到最近这些基因仍然难以捉摸。现在,Salk科学家已经发现了一种主要的铁耐受性遗传调节因子,一种名为GSNOR的基因。该研究结果于2019年8月29日发表于Nature Communications,可能会导致作物品种的开发,这些作物在含铁量过剩的土壤中产量较高。

“这是第一次确定基因及其天然变异体的铁耐受性,”该论文的资深作者,Salk植物分子和细胞生物学实验室及其综合生物学实验室成员Wolfgang Busch副教授说。 。 “这项工作令人兴奋,因为我们现在了解植物如何在压力条件下生长,例如高水平的铁,这可以帮助我们制造出更具抗压力的作物。”

在水稻等植物中,土壤铁含量升高会通过伤害脂肪和蛋白质而导致细胞直接受损,从而降低根系的生长能力。然而,一些植物似乎对高铁含量具有固有的耐受性;科学家想要理解为什么。

“我们相信这种抗性有遗传机制,但目前还不清楚哪些基因是负责任的,”第一作者,Busch实验室博士后李宝海说。 “为了研究这个问题,我们利用了数百种不同植物菌株的自然变异能力来研究对高水平铁的遗传适应性。”

科学家首先测试了一些小芥菜植物(拟南芥)的菌株,以观察铁抗性是否存在天然变异。一些植物确实表现出对铁毒性的耐受性,因此研究人员使用一种称为全基因组关联研究(GWAS)的方法来定位负责任的基因。他们的分析将GSNOR基因定位为使植物和根在铁重环境中生长的关键。

研究人员还发现,铁耐受机制出乎意料地与一氧化氮的活动有关,一氧化氮是一种在植物中具有多种作用的气体分子,包括对压力的反应。高水平的一氧化氮诱导细胞应激并损害植物根对升高的铁水平的耐受性。当植物没有功能性GSNOR基因时就会发生这种情况。 GSNOR可能在一氧化氮代谢中起重要作用,并调节植物对细胞应激和损伤的反应能力。这种一氧化氮机制和GSNOR基因也影响其他植物种类的铁耐受性,如水稻(Oryza sativa)和豆科植物(Lotus japonicus),这表明该基因及其活性在许多(如果不是全部的话)中可能是至关重要的。植物种类。

“通过鉴定这种赋予铁耐受性的基因及其遗传变异,我们希望能帮助水稻等植物在有毒铁水平的地区对铁更具抵抗力,”Busch说。 “由于我们发现这种基因和途径在多种植物中都是保守的,我们怀疑它们对所有高等植物的铁抗性都很重要。此外,这种基因和途径也可能在人类中发挥作用,并可能导致新的处理铁过载相关的条件。“

接下来,李将在中国的浙江大学开设自己的实验室。他计划在水稻中鉴定相关的遗传变异,并观察耐铁变异是否可以提高中国淹水田的作物产量。

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