Plant Journal|科学家向耐热小麦迈进了一步

2020-05-05 本文已影响0人 PaperRSS

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致力于作物分子水平反应的研究人员向培育耐热小麦的目标又迈进了一步。

智能恒温器能告诉空调在夏天太阳高照时打开空调，落山时关闭空调以节约能源。类似地，植物也有Rubisco激活酶，简称RCA，它告诉植物的产能酶(Rubisco)在阳光照射时启动，并在叶片失去照照时，关闭该酶以节省能量。

近日，兰开斯特大学(Lancaster University)的一个研究小组在Plant Journal上报道，只交换组成小麦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Rubisco酶，这表明这是可以利用该酶保护作物免受气温上升的影响。

论文作者伊丽莎白塞特·卡莫-席尔瓦(Elizabeth abete Carmo-Silva)解释道：“我们对一种在低温下可以激活Rubisco的小麦RCA(2β)做研究，与另一种小麦RCA(1β)交换了其中一种氨基酸。令人意外的是，形成的一种新形式的2βRCA效果更好。”

成熟是通过提高光合作用来提高作物产量的工程，光合作用是所有植物都用来将阳光转化为能量和产量的自然过程。 RIPE得到比尔和梅林达·盖茨基金会、美国粮食和农业研究基金会(FFAR)和英国政府国际发展部(DFID)的支持。

天然的小麦Rca 1β含有异亮氨酸氨基酸，在39℃高温下，不能激活Rubisco工作，而自然产生的2β含有蛋氨酸氨基酸，在30摄氏度高温下，很好激活Rubisco。本项研究中，已经创造了一个新版本的2Rubisco，它含有异亮氨酸氨基酸，在35℃高温下，能很好激活Rubisco酶。

卡莫-席尔瓦说：“实际上，1β是一种垃圾酶，2β对更高的温度很敏感。” “这里最酷的是，我们研究表明利用氨基酸交换可以使RCA在较高温度下活跃起来的，而不会影响激活Rubisco酶的效率，这可以用来帮助作物在温度胁迫下启动光合作用，从而促进作物高产。”

第一作者古斯塔夫·德根(Gustaf Degen)谈道：“这项工作是在大肠杆菌中进行的”。重要的是，这些发现将支持RIPE对其他粮食作物(如豇豆和大豆)的RCA的鉴定与改善研究，因为每种作物都具有多种不同形式的RCA。

Carmo-Silva说：“我们调查了非洲的豇豆种植区，它能从平均摄氏22°左右的南非一直延伸到平均气温约为30°尼日利亚，再往更高气温38°北部地区种植。” “如果我们能帮助Rubisco在这些温度下更有效地激活，该研究可以帮助我们缩小理论产量与现实产量的差距。”

新闻报道：

Journal Reference:

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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