探討矽元素運輸蛋白對於氣候韌性及產量之影響
2025/07/14 @國際
摘要
矽能夠提升作物生產力及逆境韌性，研究人員發現水稻矽的吸收及累積過程中，訊息傳導蛋白Shoot-Silicon-Signal (SSS)扮演重要角色，SSS僅於莖部轉錄並透過韌皮部運輸，若以此蛋白為標誌，將有助於監測植物矽需求並優化肥培管理。
示意圖
矽(Si)為地球上最豐富的元素之一，通常以二氧化矽(SiO2)的形式在植物葉片中累積，雖然對於陸生植物並非必要元素，但水稻及部分草本植物皆需要矽元素以抵禦各種環境壓力，如病原菌、草食動物、乾旱逆境等，了解其機制將有助於強化作物韌性及生產力。在一項突破性研究中，日本岡山大學研究團隊發現關鍵訊息蛋白Shoot-Silicon-Signal (SSS)，此蛋白能夠調節矽的吸收、分布及累積。
由於水稻對矽的需求量高，缺乏矽元素嚴重影響植株健康及產量，研究團隊以水稻為材料，分析水稻節間之轉錄體，發現SSS與矽的訊息傳導有關，SSS為開花素(florigen)的同源基因，僅存在於禾本科植物中。試驗結果顯示SSS僅在莖細胞中轉錄，然而其蛋白質在根部及韌皮部汁液中被發現，推測可能隨韌皮部運輸。當施用矽元素後，SSS轉錄體表達量顯著下降，隨後蛋白消失，藉此調控矽的吸收。研究人員進一步以基因編輯、突變等生物技術建立SSS變異品系，無論添加多少劑量之矽元素，sss突變株根部吸收矽的效率及矽運輸蛋白的表達量皆下降至一基礎值，導致產量下降約1/3，由此可知SSS對於根部吸收及莖部累積矽元素的重要性，相關文獻發表於Nature Communications期刊。
研究人員表示，透過SSS蛋白作為標記，將有助於更精確的估計作物的矽需求並優化施肥策略，以提升作物產量及面對生物與非生物逆境的韌性，促進農業生產力及永續性。
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🎓【知識Q&A】
Q：矽元素對陸生植物來說是必需元素嗎？
Ａ：雖然矽對陸生植物並非必要元素，但部分植物仍需矽元素來抵抗環境壓力。
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