脱落酸长距离运输的生物学意义和分子机制解析
2021-03-05张国华胡彬华李仕贵
钦 鹏,张国华,胡彬华,李仕贵
(四川农业大学水稻研究所,成都 611130)
水稻是全世界一半以上人口的主食,其产量直接影响世界粮食安全。随着全球气候变暖,每年因温度升高造成世界水稻产量损失达到25%以上[1-2]。水稻灌浆期极易遭遇夏季高温危害,导致减产甚至绝收。解析高温影响水稻灌浆的分子机制,对培育耐高温水稻新品种,确保水稻高产和优质具有重要意义。
脱落酸(abscisic acid,ABA)作为调控植物生长发育和逆境胁迫反应的重要植物激素,其组织间的长距离转运现象早在半个世纪前被发现[3]。在近半个世纪内,ABA长距离运输在多个物种中进行了广泛的研究[4-8],但由于缺乏直接的遗传学材料,其长距离转运的生物学意义至今仍未有明确定论。在调控ABA长距离转运的分子机制方面,尽管在拟南芥和水稻中克隆了几个参与ABA细胞水平转运的蛋白[9-13],但ABA长距离转运的分子机制目前完全不清楚。
笔者8年前在杂交稻骨干亲本蜀恢527的EMS诱变突变体库中获得一份水稻籽粒灌浆缺陷突变体,命名为 dg1(defective grain-filling 1)。与野生型相比,该突变体表现为灌浆时间延长27 d,并有24.68%种子不能完全填充(图1)。基因定位发现LOC_Os03g12790基因中的一个导致蛋白提前终止的单碱基突变与表型完全连锁。该基因编码一个MATE(multidrug and toxic compound extrusion)转运蛋白,基因敲除和互补实验表明该MATE转运蛋白的突变导致了突变体dg1籽粒灌浆缺陷表型。由于拟南芥ABA合成缺陷突变体表现出与dg1类似的种子发育缺陷表型,因此推测DG1蛋白转运底物为ABA。笔者首先利用非洲爪蟾卵母细胞系统和3H-ABA在水稻原生质体转运系统证实了DG1蛋白具有外排ABA活性。……
