科学家向耐热小麦育种又迈进了一步

发布者:bpadmin
发布时间:2020-05-15 00:42
分类:全部资讯 最新动态 研究报告
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城农获悉——英国兰卡斯特大学的致力于作物分子育种的研究人员向培育耐热小麦的目标又迈进了一步。



智能恒温器可以告诉空调在夏天太阳当头时打开空调,以及何时关闭空调以节约能源。相似的类比,植物也有一种核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活化酶(Rubisco activase),简称RCA。它能告诉植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)在阳光照射时启动,并在叶片失去光线照射时发出停止信号以节省能量。

近日,兰开斯特大学(Lancaster University)的一个研究小组在《植物杂志》(Plant Journal)上报告,只要替换组成小麦RCA的380个分子构建块中的一个,就能使小麦在更热的温度下更快地激活核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶,这表明这可以帮助保护作物免受气温上升的影响。

监督这项研究工作的伊丽莎白·卡莫-席尔瓦(Elizabeth abete Carmo-Silva)表示,通过用一种适应高温工作的小麦RCA(1β)的氨基酸来替换另一种在低温活化效率极高的小麦RCA(2β)的氨基酸,结果形成一种新式的2β RCA,达到了最好的效果。

自然条件下产生的小麦RCA 1β含有异亮氨酸氨基酸,耐热达39摄氏度,但不擅长激活核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶,而自然产生的2β含有蛋氨酸氨基酸,耐热只有30摄氏度,但是擅长激活核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶。所以,研究小组创造了一个新版本的2β RCA,含有异亮氨酸氨基酸,可以耐热到35摄氏度,而且活化效率非常高。

从本质上讲,1β是一种垃圾酶,2β则对高温很敏感。这项研究展示了通过氨基酸交换可以使RCA在较高温度下已然活跃,而不会影响其激活核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的效率。这可能会帮助作物在高温压力下启动光合作用,从而产出更高的产量。

这项研究目前是通过大肠杆菌实现的,但重要的是,这项发现将支持对其他粮食作物的RCA进行改良,因为每种作物都具有多种不同形式的RCA。

卡莫-席尔瓦表示,考虑到非洲的农业种植区时,它从平均摄氏22度左右的南非一直延伸到尼日利亚,平均气温约为30摄氏度,再往北的地区达到38摄氏度。如果我们能在些高温下,更有效地激活核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶,可以帮助我们提高产量潜力。这是一个强大的育种工具。


文章来源: Gustaf E. Degen, Dawn Worrall, Elizabete Carmo-Silva. An isoleucine residue acts as a thermal and regulatory switch in wheat Rubisco activase. The Plant Journal, 2020; DOI: 10.1111/tpj.14766
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