是哪些基因的表達和細胞活動(dòng)導致植物對環(huán)境脅迫(如干旱、高鹽、營(yíng)養缺乏等)特別敏感或不敏感？植物活細胞是如何對環(huán)境脅迫做出“恰當”反應以求生存？盡管植物“植立不動(dòng)”，但在遭遇干旱、高鹽、營(yíng)養缺乏等逆境脅迫時(shí)卻能通過(guò)自身調節而“努力”使自身適應環(huán)境。從基因、生理生化反應以及細胞活動(dòng)等層面上探索植物適應環(huán)境脅迫的機理，正是中國農業(yè)大學(xué)“植物響應環(huán)境脅迫的信號轉導及基因表達調控機理”創(chuàng )新研究群體的工作內容。

　　群體學(xué)術(shù)帶頭人、中科院院士武維華介紹說(shuō)，我國農作物生產(chǎn)中淡水、土地等資源嚴重匱乏已嚴重制約我國農業(yè)的可持續發(fā)展，而愈來(lái)愈多的耕地大面積鹽漬化、荒漠化和淡水資源短缺等問(wèn)題日益加劇，又使作物生產(chǎn)中的環(huán)境脅迫問(wèn)題更加嚴峻。同時(shí)，我國磷、鉀礦產(chǎn)資源匱乏，每年要耗巨資進(jìn)口磷鉀化肥，農作物生產(chǎn)中磷鉀肥施用量不足嚴重限制了作物產(chǎn)量的提高，而且還造成了氮肥利用率低下和浪費及由此帶來(lái)的環(huán)境污染�？傊�，干旱、鹽堿、磷鉀虧缺等非生物環(huán)境脅迫已成為制約我國農業(yè)可持續發(fā)展的重要因素。

　　同時(shí)，過(guò)去半個(gè)多世紀對植物響應和適應非生物逆境的生理生化及分子遺傳機制的研究表明，植物的抗逆性狀是受遺傳基因控制的。因此，通過(guò)培育適宜于在干旱、鹽堿、土壤貧瘠等地區栽培的農作物抗逆新品種將不僅能夠有效增加我國農作物產(chǎn)量，還能通過(guò)有效利用干旱、荒漠化和部分鹽漬化土地而大大緩解我國土地資源匱乏的問(wèn)題。

　　因此，開(kāi)展植物抗逆高效的生理及分子生物學(xué)基礎研究是我國農業(yè)可持續發(fā)展的重大需求之一。中國農大植物生理學(xué)與生物化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室于2002年成立，在植物生理學(xué)研究方面取得諸多成果。在此基礎上，“植物響應環(huán)境脅迫的信號轉導及基因表達調控機理”創(chuàng )新研究群體于2005年得到國家自然科學(xué)基金委資助，研究?jì)热莅�括植物感受及響應逆境脅迫的細胞信號轉導分子機制、植物響應逆境脅迫的基因表達轉錄調控機制、植物抗逆/高效相關(guān)基因的克隆及功能研究等。

　　6年來(lái)，該群體在植物響應低鉀脅迫的分子調控網(wǎng)絡(luò )以及植物細胞鉀離子通道分子調控機制、植物激素ABA信號轉導分子機理、植物細胞鈣依賴(lài)型蛋白激酶(CDPKs)的功能分析、細胞骨架與新的植物微管結合蛋白的功能分析、基因轉錄調控分子機理(ROS和WRKY的功能分析)等多個(gè)方面取得了重要進(jìn)展。

　　從1996年開(kāi)始，該團隊就開(kāi)始了植物磷鉀高效及耐鹽突變體的篩選工作。針對每一性狀，數十萬(wàn)株幼苗培養、觀(guān)測的實(shí)驗工作異常艱辛。2006年，他們最終發(fā)現了調控植物鉀營(yíng)養性狀的重要機制。隨后又在植物磷高效研究方面獲得重要研究結果。在這項研究中，他們證明了模式植物擬南芥根細胞鉀離子通道AKT1的活性受蛋白激酶CIPK23的正向調控，而CIPK23的上游受兩種鈣信號感受器CBL1和CBL9的正向調控。在擬南芥植物中過(guò)量表達CIPK23、CBL1或CBL9基因以增強AKT1的活性，能顯著(zhù)提高植株對低鉀脅迫的耐受性�；�于研究結果，他們提出了包括CBL1/9、CIPK23和AKT1等因子的植物響應低鉀脅迫的鉀吸收分子調控理論模型。該項研究成果在認知植物鉀吸收利用的分子調控機理方面有理論科學(xué)意義，也可能在利用分子操作技術(shù)改良植物鉀營(yíng)養性狀方面有潛在應用價(jià)值。

　　在植物基因轉錄調控研究方面，該群體獲得多個(gè)ROS1基因的抑制因子，并克隆了多個(gè)與其相關(guān)的基因。這些與DNA復制有關(guān)的蛋白可以同多個(gè)與基因沉默相關(guān)的蛋白相互作用，這說(shuō)明DNA復制的同時(shí)伴隨著(zhù)表觀(guān)遺傳修飾的復制，從而保證了細胞中遺傳信息的穩定性以及表觀(guān)遺傳修飾的動(dòng)態(tài)變化。此外，他們還在WRKY轉錄因子調控PHO1基因的表達機制研究、轉錄因子調控擬南芥花器官的脫落等方面取得重要進(jìn)展。而在逆境相關(guān)新基因的克隆和功能分析領(lǐng)域，團隊成員建立了一套干旱相關(guān)突變體的篩選體系，篩選獲得了多個(gè)與植物抗旱性狀相關(guān)的突變體，并詳細研究了其中兩個(gè)突變體，揭示了其在植物響應干旱脅迫中的重要作用和分子機理。