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版納植物園揭示FLV基因在作物增產(chǎn)和抗低溫方面的潛能
在自然條件下，光照的劇烈波動(dòng)容易造成光合機(jī)構(gòu)的受損，并直接影響作物光合效率和產(chǎn)量。?Flavodiiron proteins?(FLV)是苔蘚等非被子植物中重要的光保護(hù)蛋白，能夠通過(guò)消耗過(guò)剩電子保護(hù)光系統(tǒng)I(PSI)免受光抑制。盡管前人已將小立碗蘚的FLV基因?qū)氡蛔又参锊⒆C實(shí)其光保護(hù)功能，但FLV能否提升作物生物量、增強(qiáng)耐寒性，以及其是否通過(guò)調(diào)控氣孔發(fā)育影響動(dòng)態(tài)光合作用，迄今缺乏系統(tǒng)性驗(yàn)證。
中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“版納植物園”)樹(shù)木年輪與環(huán)境演變研究組與中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所、意大利帕多瓦大學(xué)研究人員合作，利用煙草(Nicotiana tabacum)的FLV轉(zhuǎn)基因株系，揭示了FLV蛋白在作物增產(chǎn)和抗低溫方面的潛能。
研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入小立碗蘚(Physcomitrium patens)FLVA和FLVB基因的煙草株系在自然波動(dòng)光條件下的生物量顯著增加，這主要?dú)w因于動(dòng)態(tài)光合效率的顯著提升，并且與氣孔密度和葉片氮含量的顯著增加密切相關(guān)。在零上低溫(4℃)和強(qiáng)光脅迫下，F(xiàn)LV通過(guò)作為“電子安全閥”消耗過(guò)剩電子，減少活性氧自由基的產(chǎn)生，從而降低光合機(jī)構(gòu)的氧化損傷程度。該研究首次證明FLV在優(yōu)化動(dòng)態(tài)光合效率和提升低溫抗性方面的雙重功能，為培育適應(yīng)田間復(fù)雜環(huán)境、兼具高產(chǎn)和抗寒特性的作物新品種提供了重要理論參考。
相關(guān)研究成果以“Flavodiiron Proteins Increase Plant Biomass Under Fluctuating Light and Enhance Chilling Tolerance in Tobacco”為題發(fā)表在國(guó)際植物學(xué)期刊Plant, Cell & Environment上。版納植物園黃偉研究員為第一作者兼通訊作者，意大利帕多瓦大學(xué)Tomas Morosinotto教授和Alessandro Alboresi副教授為該研究提供了實(shí)驗(yàn)材料和重要建議。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
圖1. FLV提升煙草生物量和低溫抗性的主要生理機(jī)制。
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