生物通報道：來自首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個在缺鐵條件下高表達的新基因，并根據(jù)它的侏儒表型命名為 OsDPR（dwarf phenotype-related gene）。這種基因能抑制了轉(zhuǎn)基因植株的生長，研究人員指出其抑制作用是通過影響細胞分裂實現(xiàn)的。
在植物中, 鐵作為一種關(guān)鍵的微量營養(yǎng)元素發(fā)揮電子供體與受體的作用, 并且作為許多金屬酶的功能性組分參與重要的生物化學(xué)反應(yīng), 例如呼吸作用和光合作用。然而, 過量的鐵會導(dǎo)致羥基自由基的產(chǎn)生, 使生物分子受損從而影響植物生長。因此, 維持鐵在植物體內(nèi)的平衡非常重要。由于鐵在中性和堿性土壤環(huán)境中非常難溶, 所以不容易被植物吸收。可見鐵的吸收和利用在植物中是一個高度協(xié)調(diào)和調(diào)控的過程。此前這一研究組對加鐵和缺鐵誘導(dǎo) 5天的水稻根進行轉(zhuǎn)錄水平的芯片分析, 在全部10531條序列中發(fā)現(xiàn)451條cDNA序列差異表達, 其中 203 個基因在缺鐵條件下表達上調(diào), 248 個基因表達下調(diào)。通過生物信息學(xué)分析及數(shù)據(jù)庫檢索, 研究人員對這些缺鐵上調(diào)基因進行了初步的功能鑒定。
從中研究人員發(fā)現(xiàn)了一個在缺鐵條件下高表達的轉(zhuǎn)錄本，之后研究人員通過生物信息學(xué)方法分析并確定了該基因的序列, 經(jīng)數(shù)據(jù)庫檢索未發(fā)現(xiàn)與其相似的蛋白。作為一個功能未知的新基因, 研究組根據(jù)它的侏儒表型命名它為 OsDPR（dwarf phenotype-related gene）。在這篇文章中，研究人員從水稻根中克隆OsDPR基因, 使其在轉(zhuǎn)基因煙草和水稻中過量表達。通過表型觀察發(fā)現(xiàn), 轉(zhuǎn)基因植株的地上和地下部分與野生型相比較短, 說明 OsDPR 與植物生長調(diào)控有關(guān)。
一般情況下, 抑制植物生長的各種因素通過參與調(diào)控細胞生長或細胞分裂而發(fā)揮作用。因此,研究人員又觀察了轉(zhuǎn)基因煙草細胞大小以及轉(zhuǎn)基因BY-2煙草懸浮細胞的增殖情況, 結(jié)果發(fā)現(xiàn) OsDPR 過表達影響了細胞分裂, 而細胞大小并未受到影響。另外, 參與細胞周期調(diào)控的CyclinD2.1在轉(zhuǎn)基因煙草中低表達, 進一步說明了 OsDPR 通過影響細胞分裂抑制植物生長。研究人員認為這種抑制作用可能是植物在缺鐵環(huán)境中的一種適應(yīng)性表現(xiàn)。植物經(jīng)過多年的進化逐漸形成了一系列應(yīng)對不良環(huán)境的機制，在缺鐵條件下, 植物中一些鐵代謝相關(guān)基因如IRT1 和 FRO1 高表達, 從而增加植物吸收鐵的效率。另外, 在形態(tài)上也會產(chǎn)生一些變化, 比如根毛增多增長, 使吸收鐵的面積擴大。一方面, 植物主動增強吸收鐵的能力; 另一方面, 植物可能降低對鐵的消耗, 以zui低的營養(yǎng)損耗來維持自身的生長。
因此研究人員推測水稻基因OsDPR在這種“節(jié)約”的機制中發(fā)揮作用。也就是說, 當鐵供應(yīng)不足時, OsDPR 使植物生長速率減慢, 從而降低對營養(yǎng)的消耗, 使得植物以zui低的成本維持生存。所以, OsDPR 在缺鐵環(huán)境中可能對水稻起到了一定的保護作用。