浙江大学甘银波:优质高产无需大量施肥耗水 - ag官方网站

浙江大学甘银波:优质高产无需大量施肥耗水

都说“给点阳光就灿烂”,那么,可不可以在不增加肥料和水分的情况下,让农作物品质更优、产量更高呢?

答案是可以的,浙江大学农业与生物技术学院教授甘银波承担的浙江省自然科学基金重点项目“ZFP5-LIKE1 和 ZFP5-LIKE2 基因调控拟南芥根毛形成的分子机制的研究”近期通过了结题验收。该研究成果对我们了解植物根毛发育与植物激素以及环境因素的相互作用,培育具有较多和较长根毛的作物新品种,提高作物养分和水分利用效率,具有重要的学术意义和实际应用价值。

甘银波教授告诉记者,植物根毛是植物吸收水分和营养的主要器官,根毛能增加根的表面积,提高植物获取水分和营养的能力,根毛还可以通过自身的适应性反应和植物根系分泌物,来提高植物的抗逆性。因此,具有较多和较长的根毛是提高作物产量和高效利用养分和水分的基础和关键。面对全球气候变暖、干旱、耕地面积减少、土壤养分退化等日益严峻的自然条件,如何提高作物的抗逆性以及对水分和养分的吸收与利用,从而增加作物产量,已经成为农业生产中亟待解决的重大课题之一。

目前,为了提高农作物的产量,农业生产中大量施用化肥和水资源,已经造成了很大的环境污染和能源的浪费,同时也逐渐增加农民的经济负担。另一方面,采用传统的杂交育种来增加作物产量和提高作物质量的幅度有限。而提高作物本身吸收、利用水分、营养元素的育种策略是当前作物育种的主要发展方向之一。如何培育具有较高根系生理活性,特别是具有较多和较长根毛的作物新品种是改进根毛系统吸收养分和水分的效率提高作物产量,提高作物的抗逆性和可持续农业发展的关键。

在浙江省自然科学基金的资助下,甘银波教授和他的研究团队多年来对参与植物根毛细胞形成和伸长的基因ZFP5及其同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2进行了克隆和功能验证。他们的研究结果发现ZFP5同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2主要在根中表达,它们的单突变体zfp5-like1和zfp5-like2与野生型相比,根毛数量和根毛长度显著减少。

利用突变体分析和分子遗传学方法,证实了ZFP5-like1和ZFP5-like2是根毛发育过程中的关键基因。外源细胞分裂素和乙烯处理均不能恢复其突变体短根毛的表型。遗传学和分子生物学实验表明,ZFP5-like1直接作用于RHD2和RHD4的启动子区域,来调控根毛的伸长。利用ZFP5-like2突变体和其野生型为材料,通过RNA-Seq实验,筛选出一系列受ZFP5-like2基因调控和与激素相关的下游基因。

除此之外,他们课题组还发现ZFP5及其同源基因ZFP5-like1和ZFP5-like2能够响应低磷、低钾信号。低磷、低钾处理不能够恢复其突变体短根毛的表型,荧光定量PCR和GUS染色也表明低磷、低钾处理能够在转录水平和蛋白水平增加ZFP5及其同源基因的表达。遗传学和分子生物学实验表明,在低磷、低钾胁迫下,ZFP5能够协同乙烯共同调控根毛的伸长。该研究成果进一步补充和完善了植物激素通过锌指蛋白调控根毛形成的分子作用机制,这也是首次发现锌指蛋白参与营养信号调控根毛发育。

甘银波教授还告诉记者,为了把模式植物的基础性的研究成果应用到作物和农业生产中,他们实验室利用省基金重点项目的经费支持,在水稻中研究和克隆了3个 MADS-box转录因子(OsMADS25/27/57),发现它们可以通过氮素信号调控水稻根毛和根系生长发育及水稻抗盐性。目前申请国家发明专利3项,已授权国家发明专利一项,为将来解决水稻中过量使用氮肥,提高水稻根系吸收养分和水分的效率,提高水稻产量,打下了良好的基础,有较重要的实际应用价值。

甘银波教授现为浙江大学农业生物技术学院教授,兼任浙江大学蛋白质研究中心PI、博士生和硕士生导师。1999年获得荷兰Groningen 大学生物学博士学位,曾任新加坡国立大学、英国Lancaster大学和英国York大学博士后、资深博士后和博士后研究员,担任国际SCI TOP刊物《Annals of Applied Biology》和其它两个国际期刊编委。2008年10月被浙江省人事厅认定为浙江省海外高层次留学回国人才,2012年12月入选全国“科技之光时代英才人物”。

记者 金乐平 通讯员 王楠 陆丹旸

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