据香港《大公报》报道,香港中文大学生命科学学院研究团队与中国农业大学合作,首次破解水稻基因中YchF类G蛋白的结构与功能,揭示了水稻抗病害及适应不良环境的关键机制。领导研究的林汉明教授表示,团队将进一步探索G蛋白的运作机制,推动研究成果实用化。
G蛋白是生物体内普遍存在的信号转导分子,但在植物中的具体功能此前研究有限。自2007年起,研究团队聚焦水稻G蛋白,发现其如同一个“开关”,能够提升水稻对病害的抵抗力及在高盐环境下的生长能力。正常情况下,G蛋白会与两种核苷酸——ATP和GTP结合:与ATP结合会降低抗病能力,与GTP结合则削弱耐盐性。
利用中国农业大学的X射线晶体学技术(由陈忠周教授领导),团队解析了G蛋白的三维结构,并结合定点突变技术,系统验证了ATP和GTP对G蛋白功能的调控作用。进一步研究发现,植物特有的OsGAP1蛋白能够改变ATP和GTP的结构,阻止它们与G蛋白结合,从而激活G蛋白,增强水稻的抗病和耐盐能力。
为验证这一发现,团队使用白叶枯菌进行实验。白叶枯菌可导致水稻叶片枯死,造成绝收。当G蛋白被激活后,受感染的水稻虽无法完全阻止感染,但仍能继续生长,勉强保留谷种。此外,在高盐环境下,G蛋白激活的水稻正常生长,而未激活的则无法存活。
林汉明教授将G蛋白比作控制植物“发烧”的开关:人类通过发烧提升免疫力,但不会持续处于发烧状态;植物同样倾向于关闭G蛋白以维持正常生长。他指出,该研究目前虽不能直接应用于生产,但可作为重要的技术储备,未来若出现常规方法难以应对的水稻病害,G蛋白或可成为新研究方向的突破口。