華中農業大學PNAS發現新型水稻抗旱基因

　　來自華中農業大學的研究人員鑒別出了一個水稻基因DWA1，證實其通過調控脅迫誘導的植物角質層蠟質(Cuticular wax)累積在發揮了至關重要的抗旱作用。這一研究發現發表在10月14日的《美國科學院院刊》(PNAS)雜志上。

　　論文的通訊作者是華中農業大學的熊立仲(Lizhong Xiong)教授。其主要從事水稻后期抗旱的分子基礎和遺傳改良研究，發表高水平學術論文10多篇，申請國內ZL11項，國際ZL2項。

　　角質層包括蠟質和角質，是覆蓋于陸生植物表面與外界環境接觸的重要保護性障礙物。角質層蠟質在植物抵抗各種生物和非生物脅迫中起著非常重要的作用，如防止水分的非氣孔行丟失，抵抗病菌入侵和防止草食性昆蟲吞食，抵抗紫外輻射和霜凍等非生物逆境的影響等。

　　水分脅迫通常會導致蠟質積累增加。對于水分脅迫具有抗性的植物一般都有較厚的表皮蠟質。研究表明，逆境誘導的蠟質含量增加，可導致葉水分喪失的敏感性降低。同時，蠟質含量的增加，同樣可增加植物抗干旱的能力。但目前對于干旱脅迫條件下角質層蠟質累積的遺傳調控機制還不是很清楚。

　　在這篇文章中，研究人員鑒別出了一個水稻基因Drought-Induced Wax Accumulation 1 (DWA1)，證實它編碼了長度為2391個氨基酸的極大蛋白，該蛋白由多個酶結構構成，其中包括一個氧化還原酶樣結構域、一個包含AMP結合結構域的原核生物非核糖體肽合成酶樣模體，和一個丙二烯氧化合酶樣結構域。

　　研究人員證實該蛋白保守存在于維管植物中。dwa1基因敲除(KO)的突變體相對野生型對于干旱脅迫高度敏感。DWA1主要表達于維管組織和表皮層，干旱脅迫可強有力地誘導DWA1表達。這一dwa1突變體干旱脅迫下角質層蠟質累積受損，顯著地改變了植物的角質層蠟質組成，導致植物對干旱敏感性增高。且這一突變體的極長鏈脂肪酸水品降低，而過表達DWA1的植物相比于野生型則極長鏈脂肪酸水平增高。 研究人員證實在干旱條件下，dwa1 KO突變體中許多蠟質相關基因的表達顯著受到抑制。此外，他們還在體外證實，DWA1的AMP結合結構域顯示酶活性激活長鏈脂肪酸形成了酰基CoA (acyl-CoA)。

　　這些結果表明，DWA1通過調控水稻中干旱誘導的角質層蠟質累積控制了抗旱性。這一研究發現或許對于改良農作物品種的抗旱性具有極其重要的意義。