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科技日?qǐng)?bào)記者 王延斌 通訊員 郭翠華
小麥白粉病、赤霉病、蚜蟲被稱為小麥的“兩病一蟲”，是影響小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的“殺手”。近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院董漢松教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在國際期刊《分子植物》中的成果揭示，小麥水通道蛋白TaPIP2;10通過兩個(gè)位點(diǎn)上的磷酸化，能提高小麥產(chǎn)量，增強(qiáng)小麥對(duì)“兩病一蟲”的抵抗能力，這為同步改良小麥產(chǎn)量與免疫性狀、設(shè)計(jì)育種等提供了重要理論依據(jù)。
植物水通道蛋白是細(xì)胞運(yùn)輸小底物的膜通道，可以介導(dǎo)二氧化碳、過氧化氫等多種小分子化合物在細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)，由此調(diào)控植物生長發(fā)育和免疫應(yīng)答等多種生理過程，成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)方向。科學(xué)家之前的研究表明，光合作用是植物生長發(fā)育和物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，光合作用效率是植物和作物生長發(fā)育的決定因素，在擬南芥中，植物水通道蛋白通過影響機(jī)體中二氧化碳運(yùn)輸促進(jìn)光合作用和植物生長發(fā)育。過氧化氫作為信號(hào)分子激活植物防御網(wǎng)絡(luò)參與植物免疫反應(yīng)，而水通道蛋白像一個(gè)“門控”可以調(diào)控過氧化氫的跨膜運(yùn)輸。
董漢松團(tuán)隊(duì)長期從事小麥水通道蛋白方面的研究，證實(shí)了小麥株高、鮮重、粒重和籽粒產(chǎn)量均由TaPIP2;10基因沉默而顯著降低，因TaPIP2;10基因過表達(dá)而顯著提高。同時(shí)，在對(duì)大氣中二氧化碳濃度升高的反應(yīng)中，小麥TaPIP2;10在S280位點(diǎn)上發(fā)生磷酸化，磷酸化的TaPIP2;10將環(huán)境二氧化碳轉(zhuǎn)入小麥細(xì)胞內(nèi)，從而增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)小麥生長發(fā)育，最終提高籽粒產(chǎn)量。
他們?cè)谘芯恐羞€發(fā)現(xiàn)，在對(duì)小麥接種白粉病菌、赤霉病菌時(shí)，誘導(dǎo)小麥質(zhì)外體過氧化氫爆發(fā)，從而使得TaPIP2;10在S121位點(diǎn)處發(fā)生磷酸化，而磷酸化的TaPIP2;10將質(zhì)外體過氧化氫轉(zhuǎn)入小麥細(xì)胞質(zhì)，最終形成小麥細(xì)胞的免疫反應(yīng)（PTI）。小麥被蚜蟲攻擊時(shí)，同樣誘導(dǎo)小麥質(zhì)外體過氧化氫爆發(fā)，而過氧化氫同樣誘導(dǎo)TaPIP2;10在S121上發(fā)生磷酸化，并經(jīng)由TaPIP2;10跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入小麥細(xì)胞質(zhì)，過氧化氫隨后激發(fā)小麥韌皮部防衛(wèi)反應(yīng)（PBD）。
“無論白粉病菌、赤霉病菌侵染還是蚜蟲侵襲，都能激活PTI和PBD。PTI和PBD的激活能有效抵御病菌侵染和蚜蟲侵襲，從而顯著挽回‘兩病一蟲’造成的產(chǎn)量損失。”董漢松向記者介紹。根據(jù)上述結(jié)果，他們提出了TaPIP2;10促進(jìn)小麥生長發(fā)育和抗病抗蟲的功能模式。
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