[生物通讯]康奈尔大学的分子生物学家报道了一种对水稻以及其它作物进行遗传改造使其耐旱、耐盐碱、耐温度胁迫能力增强同时又能提高产量的新策略。

    在发表这项研究的同时，生物学家们强调这项需要将一个合成天然糖类－－海藻糖的基因转移到作物中的技术，应该令遗传改良(GM)食物的批评者们感到满意，因为植物可使用部分的化学组成，如稻粒等并没有发生改变。

    生物学家声称这个新策略有助于植物克服导致作物减产的三大主要原因。有关研究结果发表在2002年11月25日期的美国《国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。

    “我们已经展示了通过遗传改良手段增强水稻对环境胁迫的耐受力、提高产生的可行性。”康奈尔大学的分子生物学与遗传学教授Ray J. Wu说道。他是该大学农业与生命科学院的实验室主任。在洛克菲勒基金会的支持下，该院早在1996年就开始开发高抗性水稻。

    康奈尔大学的生物学家证明导入合成海藻糖的基因到籼稻（Indica rice）品种中会大大提高品种的抗性。世界上目前种植的水稻80％都是籼稻，包括广泛食用的印度香米（basmati rice）。但他们指出，同样的策略应该也适用于粳稻（Japonica rice）品种以及多种其它其它作物，包括玉米、小麦、大豆和甘蔗等。

    研究人员计划在下一篇文章中报道这种技术产生的转基因水稻的产量的增加。他们表示，海藻糖基因技术应该在广大的公有土地上使用，而不是独家卖给商业种子公司，这样改良品种才能在世界上最需要提高粮食产量的地区发挥最大作用。

    文章的题目为“海藻糖在水稻中的积累赋予水稻对不同非生物胁迫的高度耐受力（rehalose accumulation in rice plants confers high tolerance levels to different abiotic stresses）”，第一作者为康奈尔大学的研究员Ajay K. Garg。合著者为植物病理学副教授Thomas G. Owen、园艺植物研究员Anil P. Ranwala、以及研究的领导人－－美国农业部农业研究局设在康奈尔大学校园内的植物、土壤与营养实验室的Leon V. Kochian。其他作者还包括南韩Myongji 大学的生物学家的Ju-Kon Kim、汉城国立大学农业技术学院的Yang D. Choi 。

    身为一名植物分子生物学家的Garg解释了为什么将海藻糖作为首选：“海藻糖是一种结构简单的糖，可以在从细菌、酵母到包括蘑菇在内的真菌、以及许多无脊椎动物尤其是昆虫等多种生物中天然产生。但通常情况下植物中没有太多的海藻糖－－沙漠中能够在长期干旱条件下生存的所谓复苏植物(resurrection plant)除外。耐旱的复苏植物看上去好像是已经永远地死去了，然而当环境中的湿气恢复后它们又会突然复活。”Garg 介绍说。“这就是海藻糖抵御干旱胁迫的威力，它赋予我们提高植物逃生环境胁迫能力的新思路。”

    在他们的实验中，生物学家们使用了两个不同的大肠杆菌基因，这两个基因融合在一起，负责大肠杆菌中海藻糖的合成。有其他实验室早先曾尝试使用一种海藻糖基因，但效果不好，因为产生的转基因植物表现出所谓的基因多效作用如包括生长矮小等，对环境胁迫也没有多少耐受力。

    康奈尔大学的生物学家将专门定制的“启动子”序列加到融合的基因上，这样就可以精确控制基因表达的“时间和地点”。根据需要，海藻糖基因能够在环境胁迫发生时在转基因植物中打开，例如当降温发生时。也可以调控这个基因序列氏海藻糖在植物的特定部位产生－－如在叶子中，但不是在水稻的使用部分－－稻粒。

    迄今为止，富含海藻糖的转基因水稻已通过第五代检验－－从产生种子到秧苗，再到更多的种子，一次一次反复检验，研究人员想要的行环境胁迫性状一直保留着。与不含海藻糖富含基因序列的未经遗传改良的水稻品种相比，这些转基因水稻在各种环境胁迫下的生长都更为茁壮。

    康奈尔大学的生物学家们还报道，即使当转基因水稻不处于环境胁迫下时，它们的光合作用的效率也提高了，产量也得到部分提高。转基因水稻利用土壤中的微量营养元素如锌和铁等的效率也增强了。

    Garg 指出，海藻糖所有的益处－－以及潜在的可能危害，都有待于进一步挖掘。就植物的细胞水平而言，海藻糖有助于能够导致植物死亡的严重环境胁迫下维持个体细胞的结构和功能。而且海藻糖似乎还有助于植物在胁迫消失后重新获得正常的功能和效验，Garg 补充说。“我们对于海藻糖在重要作物植物中的作用还有许多需要了解。”

消息来源：康奈尔大学

生物通编译自BIO.COM