遇到在干旱时,植物的叶面气孔为什么会关闭,自动防止水分从气孔中逃逸?是什么在调节植物细胞的生长状态,让种子不会在植株(树)上就发芽,并在近乎失水的干燥状态下仍能存活?这些,得益于一种植物激素——脱落酸(ABA)的功劳。
研究表明,植物激素参与调控植物生长发育过程的几乎每一个方面。人们对生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸等植物激素“五兄弟”的研究一直是生命科学的热点。而脱落酸主要掌管植物气孔运动和种子发育:当植物处于干旱状态时,身体内的脱落酸会自动增加,帮助叶面的气孔关闭,以控制水分散失,帮助植物战胜干旱;当果实中的种子发育到接近成熟时,从生理上已获得发芽能力,脱落酸会控制种子的休眠和萌发,使种子不会在植株(树)上或恶劣的环境下发芽。此外,脱落酸也是调节幼苗生长、植物对逆境的适应的一个重要化学信号分子。
脱落酸是如何开展“工作”的呢?同其它植物激素等化学信号一样,脱落酸执行其生物学功能的过程,实质上是一个细胞信号转导过程。脱落酸信号首先通过细胞受体被识别,识别后通过一系列复杂的细胞内信号转导过程,最终导致植物的生理效应。
过去,科学家发现了一种脱落酸受体,认识了脱落酸对植物开花和侧根形成的控制。而对于控制植物种子发育、气孔和对干旱适应性的脱落酸受体却一直是个未知的谜团。张大鹏教授的科研组找到的就是这一谜团的答案——他们发现了一种参与叶绿素生物合成的蛋白质也是一种脱落酸受体。张大鹏教授和他的科研小组把它命名为ABAR。
分子克隆研究发现,ABAR是一种已知的蛋白质,即参与叶绿素合成和质体-核信号转导的蛋白质,其名称为镁螯合酶H亚基。张教授的科研小组通过10年的研究证明,这种蛋白质(ABAR)介导的脱落酸信号转导是一个独立于叶绿素合成和质体-核信号转导的不同的细胞信号过程。也就是说,ABAR是一个脱落酸(ABA)的受体。
发现脱落酸受体ABAR,无疑是找到了控制植物气孔运动和种子发育的“金钥匙”。找到了这把钥匙,将进一步深入揭示脱落酸执行生物学功能的过程,使人们更加自由地控制植物气孔运动和种子发育成为可能,打开了脱落酸作用机理和应用研究的一扇新大门。
植物激素研究的成果是人类进行植物遗传改良和育种的重要理论源头,同时可以对作物遗传改良和育种的实践起到革命性的作用。20世纪中期的“绿色革命”使主要粮食作物水稻、小麦等产量惊人地大幅度提高,就是由于利用了植物激素途径的关键基因而对作物生长发育状况进行了调控,从而提高了新品种的同化代谢能力和抗逆能力的结果。
张大鹏教授科研小组《Nature》主题论文发表时,主题为“植物激素与绿色革命”香山科学会议正在召开。与会专家们认为,充分利用植物基因组学的知识,主动地探索主要植物激素的关键基因在植物生长发育中的调控作用,将有可能使得作物产量再次实现大的突破。
随着对包括对脱落酸在内各种植物激素研究的不断深入,人类将揭示更多的生命科学奥秘,也许在未来的某一天,又将迎来一场新的惠及全人类的“绿色革命”。


