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香港大學的科學家發現一種能幫助植物對抗全球變暖的耐旱基因
2015年11月22日
全球變暖令地球表面的水分加速蒸發,全球不少地區出現乾旱的情況。在較乾燥的地區,地面水分蒸發會産生週期性的乾旱現象,導致河流、湖泊和地下水的水位下降,農田土壤水分減少。而隨著全球氣溫上升,受乾旱影響的土地面積將進一步增加,對農業發展構成威脅。
近年來,科學家一直致力研究如何提高植物的抗旱性,從而提高農作物在乾旱氣候條件下的生長速度和産量。由香港大學(港大)研發的一項突破性技術,有望為提高植物抗旱能力提供解決方案。港大正就這項技術向多個國家申請專利。另外,一家從事新品種亞麻薺研發的國際農業公司,最近已獲港大授權就技術進行開發研究。
在黃乾利辛烱僖基金的資助下,港大蔡美蓮教授實驗室從模式植物「擬南芥」中發現了一個編碼酰基輔酶A結合蛋白(ACBP)的基因,並命名為ACBP2。ACBP2基因可以賦予擬南芥耐旱能力,在實驗室透過增加植物中ACBP2的蛋白量,其效果能促使植物的氣孔關閉,以減少水分流失,大幅提高植物的抗旱能力。
過去幾年,港大生物科學學院黃乾利辛烱僖基金教授(植物生物技術學)蔡美蓮教授和她的研究團隊發現,擬南芥酰基輔酶A結合蛋白可以增強擬南芥的抗逆性。由於擬南芥的基因組簡單、生命周期短和遺傳操作簡便,在實驗室中易於操作,因此它常被用作一種模式植物。研究人員利用模式植物進行科學研究,獲取重要的基礎知識和揭示具有普遍規律的生物現象,然後應用到具有更大基因組的複雜植物物種中。
蔡教授解釋:「乾旱嚴重影響植物的生長發育,降低農業産量和糧食生産。位於葉片和莖部的氣孔,是控制植物中水分流失的關鍵,ACBP2基因在調節氣孔大小的保衛細胞中表達 - ACBP2能受乾旱和植物激素脫落酸(ABA)的誘導而啟動乾旱保護的信號通路。在ACBP2基因過度表達的植物 (即經在實驗室大量增加ACBP2蛋白量的植物),ABA調控活性氧(ROS)在保衛細胞內產生,從而促使氣孔關閉,達到抗旱效果。相比之下,ACBP2功能缺失的突變植株,即實驗中的對照組,受乾旱環境的影響較大。」
蔡教授繼續指出:「AtrbohD和AtrbohF是ABA調控活性氧產生時兩個關鍵的NAD(P)H氧化酶。ACBP2的過度表達會上調AtrbohD和AtrbohF的表達水平,同時下調ABA信號通路中一個重要的負調節因子HAB1的表達。這些觀察結果說明了ACBP2在乾旱情況下能促進ABA信號轉導功能,令保衛細胞關閉以鎖緊水分,起了積極的作用。 」
這項研究結果已於2013年在學術期刊Plant Cell and Environment(第36卷,第300-314頁)發表,第一作者為蔡美蓮實驗室的杜志岩博士。杜博士同時也是今次專利申請的共同發明人。
此外,港大已將這項技術授權予國際農業公司Agragen LLC作進一步開發研究,該公司的主要業務是開發生產用作生物燃料和生物潤滑油的亞麻薺,有關技術將應用於提升亞麻薺的研究開發方面。
亞麻薺相比其它傳統油作物具備許多優點,包括能較廣泛適應惡劣天氣條件,對肥料及農藥的需求也較低。它可以在貧瘠的土地上生長,並可作爲小麥、玉米和高粱的輪作作物。因此,亞麻薺是可再生能源生産的理想植物。利用港大這項技術有望生產出耐旱的亞麻薺品種,提供更有效的生物燃料原材料。
這項技術的轉移和商業化應用由港大技術轉移處和港大科橋有限公司協助。港大科橋有限公司是香港大學附屬的非營利公司,其主要任務是積極推廣港大研究者的技術創新。
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