福建農林大學研究團隊破解半世紀難題 率先揭示胞外生長素新受體

福建農林大學研究團隊破解半世紀難題，率先揭示胞外生長素新受體

植物高矮可調節(jié) 作物產量能控制

植物的葉子和果實可以是三角形、圓形等形狀，增強觀賞性；水稻、玉米等作物的高矮、胖瘦可調節(jié)，還能根據需求控制產量多少；植物的根系經人為作用，可以更加發(fā)達或調整生長方向，從而應用至防風固沙等領域……福建農林大學研究團隊取得新突破，可通過改造植物的生長素調控網絡，調控植物生長發(fā)育，這給未來農業(yè)發(fā)展提供更多可能。

記者19日從福建農林大學獲悉，該校研究團隊在全球率先揭示植物胞外生長素新受體，破解半個世紀以來懸而未決的世界性科學難題，為利用合成生物學的技術改造植物生長素調控網絡提供了新的視角，是植物生長素領域的重大突破。11月17日，該研究成果登上國際學術期刊《細胞》（Cell）雜志。

摸索：

探尋植物生長素的奧秘

生長素是植物中最早發(fā)現也是最核心的激素，因其促進生長而得名。近百年的研究證實，生長素參與調控植物幾乎所有的生長發(fā)育過程。生長素影響了植物的胚胎發(fā)育、組織分化、器官發(fā)生、向光性和向重力性生長等。

“生長素相當于植物的生長激素，被廣泛應用至農業(yè)生產等領域，在提高作物產量、調節(jié)植物的生長形狀和大小等方面擔當重任。”該研究主要完成人之一、福建農林大學林文偉博士介紹。

那么，生長素作為一種天然的小分子化合物，其復雜多樣的生物學功能是如何實現的？植物細胞如何感受和響應胞外生長素信號？植物細胞表面是否存在一類蛋白可直接識別結合生長素分子？半個世紀以來，這些問題懸而未決，一直是生長素研究領域關注和爭論的焦點。

“世界各地知名科學家一直在尋找植物生長素的受體到底有哪些，因為這對指導農業(yè)品種改良等方面具有重要意義。”福建農林大學海峽聯(lián)合研究院合成生物學研究中心（合成中心）主任徐通達教授介紹，經過長達七年的研究，他們發(fā)現在細胞膜上存在新的受體。

突破：

揭示胞外生長素新受體

11月17日，福建農林大學未來技術學院海峽聯(lián)合研究院徐通達團隊與楊貞標團隊合作在國際期刊《細胞》（Cell）雜志發(fā)表題為“ABLs and TMKs are co-receptors for extracellular auxin”（“生長素結合蛋白ABLs和TMKs激酶形成共受體感受胞外生長素”）的研究論文。

該研究報道了兩個新的質外體定位的生長素結合蛋白，ABL1（ABP1-like protein 1）和ABL2，與生長素結合蛋白ABP1具有相似結構，在細胞膜上形成ABP1/ABLs-TMK生長素共受體感受并傳遞胞外生長素信號，調控植物生長和發(fā)育的分子機制，是植物生長素領域十分重要的突破。

“我們通過多種手段鑒定到了兩個新的生長素結合蛋白，這兩個蛋白定位在細胞膜和細胞壁的間隙中，當生長素出現的時候，可以誘導該生長素結合蛋白和細胞膜上的一個叫TMK的蛋白激酶形成蛋白復合體，然后這個共受體復合體可以激活一系列胞內相關蛋白，從而將胞外的生長素信號傳遞到細胞內部，最終調節(jié)植物細胞形態(tài)建成。”論文共同第一作者、福建農林大學于永強博士介紹，該研究揭開了植物細胞如何感受胞外生長素信號的神秘面紗，闡釋了細胞膜共受體復合體傳遞生長素信號調控植物生長發(fā)育的分子機制，是植物激素信號轉導領域的重要發(fā)現。

“簡單點說，找到了胞外生長素新受體，我們就能對生長素通路進行改造。”于永強表示。

意義：

迎來農作物革命新時代

此前，福建農林大學研究團隊在全球率先解析植物生長素促進細胞生長作用機理，為半個世紀以來一直未解的世界性科學難題“酸性生長假說”提供了直接理論依據。這一研究成果曾于2021年10月27日發(fā)表在國際期刊《自然》上。該研究的主要完成者是福建農林大學的林文偉博士。

而本次的研究成果正是建立在此前研究的基礎上，這一重大發(fā)現為合成生物學的應用提供了巨大潛力。

拿水稻為例，水稻作為全球重要的糧食作物之一，其生長素調控網絡的工程化改造具有巨大潛力。通過優(yōu)化水稻的生長素信號傳導路徑，可提高其抗逆性、增加產量，并且改良其品質特性。

“例如，水稻栽培過程中常因天氣等外部原因發(fā)生倒伏，嚴重影響產量，甚至可能造成絕收。通過減弱生長素的作用，我們可以讓水稻長得更矮，根莖更結實，在提高水稻抗倒伏能力的同時保穩(wěn)產。”于永強告訴記者，通過利用合成生物學技術，可以對植物生長素調控網絡進行工程化改造，通過調控細胞外受體的表達水平或結構，精確地調節(jié)植物對生長素的響應，從而有望創(chuàng)制出更適應惡劣環(huán)境、具有更高產量和更好品質的作物品種。

受益于這一研究成果，將有效提高農作物的抗逆性和適應性，為農業(yè)生產提供可持續(xù)的解決方案，這將在全球范圍內為解決糧食安全問題作出重要貢獻。

除了水稻，其他農作物和植物也同樣受用：草坪里的草可被控制生長高度，無需再人工修剪；豆芽可以長得無限長；生菜葉子能比芭蕉葉大；公園和路邊的花卉樹木的葉子能長成三角形或圓形……有了該研究成果的指導，今后，這些應用場景將不再稀奇。

林文偉表示，相信通過科學家們的不懈努力，我們將迎來一個農作物革命的新時代，為人類提供更豐富、更可持續(xù)的糧食資源。（記者 梁凱鴻）