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浙江大學盟員教授甘銀波:優質高產無需大量施肥耗水
2019/08/28 作者:

  都說“給點陽光就燦爛”,那么,可不可以在不增加肥料和水分的情況下,讓農作物品質更優、產量更高呢?

  答案是可以的,浙江大學農業與生物技術學院教授甘銀波承擔的浙江省自然科學基金重點項目“ZFP5-LIKE1和 ZFP5-LIKE2基因調控擬南芥根毛形成的分子機制的研究”近期通過了結題驗收。該研究成果對我們了解植物根毛發育與植物激素以及環境因素的相互作用,培育具有較多和較長根毛的作物新品種,提高作物養分和水分利用效率,具有重要的學術意義和實際應用價值。

  浙江大學甘銀波:優質高產無需大量施肥耗水

  甘銀波教授告訴記者,植物根毛是植物吸收水分和營養的主要器官,根毛能增加根的表面積,提高植物獲取水分和營養的能力,根毛還可以通過自身的適應性反應和植物根系分泌物,來提高植物的抗逆性。因此,具有較多和較長的根毛是提高作物產量和高效利用養分和水分的基礎和關鍵。面對全球氣候變暖、干旱、耕地面積減少、土壤養分退化等日益嚴峻的自然條件,如何提高作物的抗逆性以及對水分和養分的吸收與利用,從而增加作物產量,已經成為農業生產中亟待解決的重大課題之一。

  目前,為了提高農作物的產量,農業生產中大量施用化肥和水資源,已經造成了很大的環境污染和能源的浪費,同時也逐漸增加農民的經濟負擔。另一方面,采用傳統的雜交育種來增加作物產量和提高作物質量的幅度有限。而提高作物本身吸收、利用水分、營養元素的育種策略是當前作物育種的主要發展方向之一。如何培育具有較高根系生理活性,特別是具有較多和較長根毛的作物新品種是改進根毛系統吸收養分和水分的效率提高作物產量,提高作物的抗逆性和可持續農業發展的關鍵。

  浙江大學甘銀波:優質高產無需大量施肥耗水

  在浙江省自然科學基金的資助下,甘銀波教授和他的研究團隊多年來對參與植物根毛細胞形成和伸長的基因ZFP5及其同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2進行了克隆和功能驗證。他們的研究結果發現ZFP5同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2主要在根中表達,它們的單突變體zfp5-like1和zfp5-like2與野生型相比,根毛數量和根毛長度顯著減少。

  利用突變體分析和分子遺傳學方法,證實了ZFP5-like1和ZFP5-like2是根毛發育過程中的關鍵基因。外源細胞分裂素和乙烯處理均不能恢復其突變體短根毛的表型。遺傳學和分子生物學實驗表明,ZFP5-like1直接作用于RHD2和RHD4的啟動子區域,來調控根毛的伸長。利用ZFP5-like2突變體和其野生型為材料,通過RNA-Seq實驗,篩選出一系列受ZFP5-like2基因調控和與激素相關的下游基因。

  浙江大學甘銀波:優質高產無需大量施肥耗水

  除此之外,他們課題組還發現ZFP5及其同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2能夠響應低磷、低鉀信號。低磷、低鉀處理不能夠恢復其突變體短根毛的表型,熒光定量PCR和GUS染色也表明低磷、低鉀處理能夠在轉錄水平和蛋白水平增加ZFP5及其同源基因的表達。遺傳學和分子生物學實驗表明,在低磷、低鉀脅迫下,ZFP5能夠協同乙烯共同調控根毛的伸長。該研究成果進一步補充和完善了植物激素通過鋅指蛋白調控根毛形成的分子作用機制,這也是首次發現鋅指蛋白參與營養信號調控根毛發育。

  甘銀波教授還告訴記者,為了把模式植物的基礎性的研究成果應用到作物和農業生產中,他們實驗室利用省基金重點項目的經費支持,在水稻中研究和克隆了3個MADS-box轉錄因子(OsMADS25/27/57),發現它們可以通過氮素信號調控水稻根毛和根系生長發育及水稻抗鹽性。目前申請國家發明專利3項,已授權國家發明專利一項,為將來解決水稻中過量使用氮肥,提高水稻根系吸收養分和水分的效率,提高水稻產量,打下了良好的基礎,有較重要的實際應用價值。

  浙江大學甘銀波:優質高產無需大量施肥耗水

  甘銀波教授現為浙江大學農業生物技術學院教授,兼任浙江大學蛋白質研究中心PI、博士生和碩士生導師。1999年獲得荷蘭Groningen大學生物學博士學位,曾任新加坡國立大學、英國Lancaster大學和英國York大學博士后、資深博士后和博士后研究員,擔任國際SCI TOP刊物《Annals of Applied Biology》和其它兩個國際期刊編委。2008年10月被浙江省人事廳認定為浙江省海外高層次留學回國人才,2012年12月入選全國“科技之光時代英才人物”。

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