热激蛋白HSP24.7:让种子有感而“发” 

2019-03-11 11:21:27 来源: 科技日报 作者: 江耘 洪恒飞 周炜
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pc彩蛋幸运28官网|幸运28下载网站|幸运28开奖网站·科技日报讯(记者 江耘 实习生 洪恒飞 通讯员 周炜)种子萌发,是植物生命周期开始的第一步。温度、光照、水分是决定植物种子萌发的重要外因,但这些外因如何被植物感知,并启动一系列体内反应,相关的分子机制依然模糊。

近日,浙江大学农学院张天真教授课题组在国际顶级刊物《PNAS》发表文章称,他们在棉花中找到了一个小分子“开关”HSP24.7,它能直接感知环境温度并调控种子的萌发。如果缺少这个蛋白,即使周围温暖和煦,棉花也仍像置身于低温,继续“沉睡”。

这一发现为人类认识植物温度响应的分子机制掀开了一角,在作物种子生产、保存和育种中都具有重要的应用意义。

调节蛋白,种子萌发无视温度

棉花种子是世界上最有“耐力”的种子之一。作为起源于非洲和中美洲的作物,经过数千年的演化,棉花的足迹已经遍布亚洲、南美洲、北美洲等地。科学家推测,棉花种子具有“随风飘动,随波逐流”的本领,让棉花实现了跨越数百公里的全球传播。

“棉花耐寒、耐盐、耐旱的特性,才使其长途水陆‘旅行’成为可能。”论文共同作者、浙大“百人计划”学者关雪莹说,实验团队试图寻找与棉花耐力相关的基因,以用于作物精准育种,却在实验中惊奇地发现,一批棉花种子明显“抢跑”。

据了解,在常规状态下,棉花种子会在吸足水分后24小时开始萌发。关雪莹表示,有一组棉花种子“抢跑”严重,仅在吸水后12小时就陆续萌发。

通过一系列实验,课题组发现了这批棉花种子存在的共性——它们体内的小分子热激蛋白HSP24.7含量特别高。课题组由此进行了实验,通过调整HSP24.7的表达量,仿佛能调控种子对环境温度的感应。当抑制棉花的HSP24.7表达,即使温度适宜,种子也萌发缓慢,就像一直处于低温环境。如果HSP24.7的表达活跃,棉花种子则迅速萌发,在低温状态下也可以迅速完成。

“我们进一步发现,HSP24.7是通过调控线粒体的活性完成温度响应的。”张天真说,HSP24.7含量升高,能让线粒体产生更多活性氧,从而加速种子萌发。

镜头慢放,分子机制清晰呈现

pc彩蛋幸运28官网为进一步探析HSP24.7影响种子萌发的联动机制,科研人员解剖了处于不同萌发时期的棉花种子,试图“分镜头”解析种子萌发的全过程,由此发现了另一道“暗门”——胚乳膜。

“这是种子萌发的关键的机械束缚,HSP24.7控制的种子萌发速度快慢,并不是胚的活力差异造成的,而是胚乳膜的强度。”张天真说。

至此,植物感受温度并控制种子萌发速度的机制终于清晰——HSP24.7感受到适宜的温度时大量表达,适度抑制线粒体活性,释放活性氧,促成了胚乳膜内关键组分的降解,胚乳膜强度减小,种子顺利萌发。

课题组还在拟南芥和番茄种子中做了相关实验,发现这一线粒体依赖温度调控种子萌发的分子机制,在双子叶植物中或普遍适用。

“作为人类最重要的农作物之一,人们希望田里的棉花们能‘统一步调’,而不是各有节奏,这样才能高效地实现同步采收,这也是农作物精准育种的目标之一。”张天真说,我国是棉花种植大国,全国70%的棉花产量来自于新疆,对于种子温度响应的机制的发现,将进一步指导人们怎样在低温、干旱、盐碱地种出更好的棉花。

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