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生物通报道：来自首都师范大学生命科学学院的研究人员发现了一个在缺铁条件下高表达的新基因，并根据它的侏儒表型命名为 OsDPR(dwarf phenotype-related gene)。这种基因能抑制了转基因植株的生长，研究人员指出其抑制作用是通过影响细胞分裂实现的。

在植物中, 铁作为一种关键的微量营养元素发挥电子供体与受体的作用, 并且作为许多金属酶的功能性组分参与重要的生物化学反应, 例如呼吸作用和光合作用。然而, 过量的铁会导致羟基自由基的产生, 使生物分子受损从而影响植物生长。因此, 维持铁在植物体内的平衡非常重要。由于铁在中性和碱性土壤环境中非常难溶, 所以不容易被植物吸收。可见铁的吸收和利用在植物中是一个高度协调和调控的过程。

此前这一研究组对加铁和缺铁诱导 5天的水稻根进行转录水平的芯片分析, 在全部10531条序列中发现451条cDNA序列差异表达, 其中 203 个基因在缺铁条件下表达上调, 248 个基因表达下调。通过生物信息学分析及数据库检索, 研究人员对这些缺铁上调基因进行了初步的功能鉴定。

从中研究人员发现了一个在缺铁条件下高表达的转录本，之后研究人员通过生物信息学方法分析并确定了该基因的序列, 经数据库检索未发现与其相似的蛋白。作为一个功能未知的新基因, 研究组根据它的侏儒表型命名它为 OsDPR(dwarf phenotype-related gene)。

在这篇文章中，研究人员从水稻根中克隆OsDPR基因, 使其在转基因烟草和水稻中过量表达。通过表型观察发现, 转基因植株的地上和地下部分与野生型相比较短, 说明 OsDPR 与植物生长调控有关。

一般情况下, 抑制植物生长的各种因素通过参与调控细胞生长或细胞分裂而发挥作用。因此,研究人员又观察了转基因烟草细胞大小以及转基因BY-2烟草悬浮细胞的增殖情况, 结果发现 OsDPR 过表达影响了细胞分裂, 而细胞大小并未受到影响。另外, 参与细胞周期调控的CyclinD2.1在转基因烟草中低表达, 进一步说明了 OsDPR 通过影响细胞分裂抑制植物生长。

研究人员认为这种抑制作用可能是植物在缺铁环境中的一种适应性表现。植物经过多年的进化逐渐形成了一系列应对不良环境的机制，在缺铁条件下, 植物中一些铁代谢相关基因如IRT1 和 FRO1 高表达, 从而增加植物吸收铁的效率。另外, 在形态上也会产生一些变化, 比如根毛增多增长, 使吸收铁的面积扩大。一方面, 植物主动增强吸收铁的能力; 另一方面, 植物可能降低对铁的消耗, 以最低的营养损耗来维持自身的生长。

因此研究人员推测水稻基因OsDPR在这种“节约”的机制中发挥作用。也就是说, 当铁供应不足时, OsDPR 使植物生长速率减慢, 从而降低对营养的消耗, 使得植物以最低的成本维持生存。所以, OsDPR 在缺铁环境中可能对水稻起到了一定的保护作用。

原文摘要：

娜仁, 阎洛辰, 张鹏, 等. 新型水稻缺铁诱导基因OsDPR的过量表达抑制植物生长. 中国科学: 生命科学, 2013, 43: 332–341
Naren, Zhang P, Ma D K, et al. Overexpression of OsDPR, a novel rice gene highly expressed under iron deficiency, suppresses plant growth. Sci China Life Sci, 2012, 55: 1082–1091, doi: 10.1007/s11427-012-4414-8