ERECTA基因

ERECTA基因，簡稱ER基因，廣泛存在於各種植物中，可改良不同作物如水稻、玉米、蔬菜等農作物，以及草坪或其他園林植物的抗熱性，還可促進其生長發育、改良產量性狀。

簡介

ERECTA基因

ERECTA基因，是從擬南芥中分離到的一個類受體激酶基因。ERECTA基因對植物的葉、花和氣孔發育都有直接的影響，並在植物抗病、蒸騰作用和元素積累等生理過程中起著重要的作用。上海生科院植物生理生態研究所研究員何祖華領銜研究團隊，常年致力於植物抗病抗逆研究，他們在極端高溫環境下培養形似薺菜的模式植物擬南芥，發現其中一種擬南芥生態類型不僅抗病並且特別耐熱，40攝氏度下竟成活2天，於是從中克隆出參與抗病抗高溫的一個數量性狀基因，就是ERECTA基因，簡稱ER基因。

實驗研究

ERECTA基因

何祖華等將ER基因轉入番茄，驗證了其對轉基因植物抗熱性的提升作用。之後，他們在百餘種番茄中篩選出4種，本身ER基因的表達量就較高，同時也更抗熱耐旱。究其機理，ER基因表達水平提高后，顯著增強了逆境下植物細胞膜的完整性，使細胞不易死亡。而每個細胞增多增大，組織器官與生物量也隨之增大，植株總體壯實，表現出產量優勢。這樣的“高ER番茄”，在實驗樓樓頂曝曬至45攝氏度也不會枯死。

經過上海、杭州、武漢等地連續3年的田間試驗，研究團隊還發現ER基因無論在雙子葉經濟作物番茄、還是在單子葉糧食作物水稻中，都具有相同的抗高溫功能，比如“高ER水稻”與對照組相比在高溫條件下的結實率提高，在長期高溫條件下可增重30％至50％。何祖華表示，這個研究成果提示，對於農作物，可通過自然選育，育出不怕熱、不怕曬的新品種；而對於園林植物，可通過轉基因手段強化其對於乾熱的抗性。

實際上十幾年前，ER基因已經被科學家發現，但一直不清楚它在植物逆境反應中的確切功能。何祖華帶領的團隊，在研究不同生態類型的擬南芥時，發現了ER基因與植物抗高溫能力的關係。隨後，研究人員以番茄和水稻為研究材料，在其中高表達擬南芥的ER基因，他們發現，實驗材料抗高溫的能力顯著提高了。花了三年的時間，在國際上率先完成了這一實驗，而這一實驗結果，也說服了國際審稿人，論文才得以發表。

研究成果

ERECTA基因

2015年8月17日晚，標題為《在水稻、番茄中過表達類激酶受體基因ERECTA會提高其抗熱性》的論文，線上發表在國際頂級學術期刊《自然·生物技術》（NatureBiotechnology）上。該論文顯示，當高表達ERECTA基因（簡稱“ER基因”）時，水稻、番茄對高溫抗性明顯增強。基因高表達指的是經人為操控，該基因在細胞內多次發揮作用，超過原有水平。ER基因高表達後，植物細胞像是塗了“防曬霜”，高溫條件下，細胞的壽命延長了。他們還發現，這些抗逆植物生物量增加，增產潛力提高，而這有違“抗逆植物往往矮小”的“常理”。

“抗逆和產量往往二者不可兼得”過去，很多實驗室的研究經驗表明，植物抗性能力的提高，往往以犧牲產量為代價，抗高溫能力是植物抗性的一種。但令人驚喜的是，ER基因是個例外。它除了能增強植物的抗高溫能力，“高溫不死”，還增強了植物的生長量和抗旱能力，正常氣溫下，不減產，高溫條件下，產量優勢明顯。

ER基因能促進植物細胞數量增多，細胞體積增大。8月份，正是水稻的抽穗期，高溫天氣，會造成大幅減產。但ER基因高表達的植株，不但不減產，還會增產。在夏季，研究人員在武漢、上海等多地實驗，溫度高達40℃，普通番茄已經枯萎，但高表達ER基因的植株依然生命力頑強。

“高溫不死”的原因是，ER基因表達成的蛋白，能夠使植物細胞即使在高溫條件下也繼續保持完整，存活率提高，但為什麼能達到這一效果，機制尚不清楚。

套用前景

2015年8月，已有研究團隊根據這一研究成果，開始在玉米、蔬菜等中尋找高表達ER基因的植株，以培育抗高溫能力強的作物新品種。但何祖華強調，除了ER基因，植物還有其他的抗高溫基因，它們可能共同起作用。未來，研究人員希望找到天然高表達ER基因的植株，進行品種選育和研究。