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中美研究人员于2月1日宣布，利用基因技术使水稻及其他作物大量产生PYL9蛋白，可显著提升其抗旱性能，从而有助于保障粮食安全。该成果于当日发表在美国《国家科学院学报》上，由中国科学院上海植物逆境生物学研究中心与美国珀杜大学等单位联合完成。

论文第一作者、上海植物逆境生物学研究中心赵杨向新华社记者解释，这些转基因作物的抗旱策略类似于壁虎断尾求生：通过加速老叶衰老，将养分和水分转移至幼叶和芽，从而提高存活率。赵杨同时也在珀杜大学从事研究。

植物的抗旱机制很大程度上依赖于一种名为脱落酸（ABA）的植物激素，但ABA如何帮助植物抵抗干旱的分子机制此前尚未明确。为此，研究人员通过转基因技术人为控制植物生成ABA的PYL受体蛋白，发现其中一种蛋白——PYL9的过度表达能显著增强植物的抗旱性能。

实验表明，在两周干旱条件下，野生型水稻的存活率仅为10%，而转基因水稻的存活率超过50%。赵杨指出，PYL9抗旱涉及多种策略，包括关闭气孔、抑制生长、促进休眠、促进叶表面蜡质合成等，其中最关键的是加速老叶衰老。水分是光合作用的原材料，极端干旱下植物光合作用极弱；老叶衰老可节省水分和养分消耗，同时将养分甚至水分转移到幼叶和芽中，增强后者的存活率。

该研究虽仅使用水稻与模式植物拟南芥，但赵杨认为这种抗旱方法适用于绝大多数植物。赵杨等人未分析PYL9转基因对作物产量和品质的影响，但指出：“由于水分是光合作用的原材料，干旱必然导致生物总量、产量和品质降低。转基因能改善植物抗旱性，增强存活率，在极端条件下避免绝收，从而提高粮食安全。”

该研究的意义在于：一是证实ABA直接诱导衰老，而非通过合成其他物质促进叶片衰老和脱落，解决了长期存在的争议；二是阐明了老叶衰老对植物抗旱的意义，表明老叶衰老有利于植物在极端干旱条件下存活。此前有研究者提出阻止衰老有利于作物抗旱，并提议将其作为抗旱品种的筛选标准。

中国科学院上海植物逆境研究中心及美国普渡大学等单位的研究人员联合破译了植物激素ABA通过调控叶片衰老、促使植物对水分养分进行源库再分配，从而提高作物抗旱性的分子机制。研究表明，ABA受体PYL9和经典下游复合体PP2C/SnRK2共同传递ABA诱导的衰老信号，通过对下游转录因子ABFs和RAV1的磷酸化激活，促进衰老相关基因表达，最终导致“源”组织老叶衰老，同时增强植物“库”组织的渗透调节能力。这一发现于2月2日发表在PNAS上。

干旱是影响植物生存、生长和分布的最重要的非生物胁迫之一，全球暖干化将加剧干旱胁迫。ABA作为一种胁迫激素，是植物应对干旱胁迫的重要调控因子。在干旱胁迫下，ABA信号通过其受体PYL蛋白家族抑制PP2Cs蛋白活性来调控ABA信号通路。但ABA如何帮助植物忍耐干旱的分子机制此前未得到充分理解。

在拟南芥中，ABA受体PYL家族共有14个成员，除PYL13外均能响应ABA。为利用PYL成员间的差异改良植物抗逆性，朱健康研究组的科研人员利用不同启动子控制14个PYL在拟南芥和水稻中的异位表达。研究发现，胁迫响应启动子pRD29A控制的PYL9过表达能最有效地提高植物在干旱条件下的存活率。实验表明，在两周干旱处理下，野生型水稻存活率为10%，而各转基因水稻存活率在50%以上。分子机制解析表明，ABA受体PYL9和经典下游复合体PP2C/SnRK2共同传递ABA诱导的衰老信号，通过ABFs和RAV1转录因子诱导衰老相关基因表达，最终导致老叶衰老。

在ABA处理或干旱胁迫下，pRD29A::PYLs转基因拟南芥和水稻的老叶快速黄化衰老。长期以来，ABA是否直接诱导叶片衰老存在很大争议。一种观点认为ABA通过诱导乙烯合成促进衰老和脱落，然而科研人员用乙烯信号不敏感突变体证明，ABA诱导的叶片衰老不依赖乙烯合成。本研究通过对ABA信号诱导叶片衰老分子机制的解析，解决了这一长期争议。

叶片衰老过程是一个程序化细胞死亡过程，存在营养和水分向“库”组织的转移。研究发现，pRD29A::PYL9转基因增强了植物“库”组织的渗透调节能力，而作为“源”组织的衰老叶片失去了渗透调节能力。通过这种调节，植物的水分和营养可优先转运至“库”组织，促进植物存活率和物种延续。

该研究解析了ABA受体调控植物叶片衰老的分子机制，加深了我们对植物源库关系调控机理的认知。该研究得到了国家基金委、中国科学院等经费的支持。