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二零一六年三月二十二日

中大林汉明教授首次破解水稻YchF类G蛋白的结构与功能
最新发现有助增强农作物抗病耐逆能力



香港中文大学 (中大) 农业生物技术国家重点实验室大豆研究中心主任、生命科学学院教授林汉明教授领导的合作研究团队,首次破解水稻YchF类G蛋白之结构与功能,为提升植物抗病耐逆能力的科研揭开新的一页。这项新发现于本年二月在享誉国际的科学期刊 -《美国国家科学院院报》刊登。

联合国估计,全球人口将在2050年增至93亿人,全球农作物产量必须在2050年前提升一倍,才能应付全球的粮食需求。然而,农作物产量受恶劣环境及病害所威胁。例如干旱、水涝和盐分等环境因素威胁著全球96.5%的农地,当中灌溉农田受盐分影响,以致农业每年损失273亿美元,产量减少最高达70%。

农作物有一套非常复杂的信息传递系统,来抗衡病菌感染和缓解逆境压力。林教授团队利用新科技,首次成功解开水稻YchF蛋白的结构与功能之谜。YchF类G蛋白是G蛋白的其中一个家族,存在于差不多所有的生物。林教授团队的最新研究发现,与ATP和GTP(「三磷酸鸟苷」和「三磷酸腺苷」,两种主要帮助能量传递与信息传递的核苷酸)结合后的YchF类G蛋白,平时会抑制植物抗病和耐逆的功能,以免浪费资源。理解如何控制这类蛋白,有助提升植物的抗病耐逆能力。这项研究可以帮助农作物在遇到病菌感染或盐化土壤等恶劣环境下,仍能保持较高的收成。

X 光晶体技术成功解构水稻YchF类G蛋白

蛋白质是非常微细的分子,科学家即使透过先进的显微镜,也未必能看到蛋白质的结构。为了全面了解其结构和功能,林教授的团队利用X 光晶体学研究技术及定点突变技术,剖析水稻YchF类G蛋白。X 光晶体学研究技术的原理,是向目标蛋白的晶体发射X光射线,当X光射线经过晶体,会绕射至不同方向。通过计算X光射线绕射方向,可确认蛋白质的立体结构。研究员透过分析其结构,确认了水稻YchF类G蛋白能与ATP和GTP结合,并产生对植物抗病和耐逆功能之不同影响。

未来研究继续致力提升农作物收成量

林教授团队数年前已在水稻的研究中发现一个名为OsGAP1的蛋白,能加速水稻YchF类G蛋白上的ATP和GTP的水解反应,解除它对植物抗病和耐逆功能的负面影响。结合多年研究成果,林教授将继续研究如何利用OsGAP1抑制水稻YchF类G蛋白,达到有效提升农作物抗病耐逆能力的目标,使农作物的收成得以提升。

林教授表示︰「科学可以让人看透事物表面,让我们更深入了解生命及自然。科学也是一份探求真知的精神,以改善人类的生活。我和我的团队期望,这次成果能推动后续的研究,最终能提升农作物的收成量,利用基础科学来纾缓全球的粮食危机。」

林教授也感谢合作团队的贡献︰「这次研究成果展示了中大与中国农业大学在农业生物技术国家重点实验室的合作及协同效应。我们将继续促进双方在专业技术上之交流,并以改善农作物生产量为共同目标,在提升植物与农业科技水平上努力。」

林汉明教授简历

林汉明教授现为香港中文大学生命科学院教授、博士生导师、分子生物学课程主任及农业生物技术国家重点实验室大豆研究中心主任。他于中大取得生物学学士及硕士学位后,于美国西北大学获得分子生物学博士学位,期后任纽约大学博士后研究员,并于1997年回到中大任教。

林汉明教授是研究基因功能的专家。他的团队主持一项大型的大豆基因组研究项目,透过大规模基因组测序,了解野生及栽培大豆基因组中因人工筛选下所发生的变化,为世界大豆科学研究及育种提供重要的讯息和数据,并成功获得耐盐主效基因。他曾于众多国际科学期刊发表研究成果,包括﹕《自然》、《自然·遗传》、《自然·通讯》、《美国国家科学院院报》、《生物化学期刊》等。

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学伙伴实验室)简介 

由国家科技部设立的「农业生物技术国家重点实验室」及「伙伴实验室」,建基于香港中文大学及中国农业大学。这两所同在农业生物技术具领导地位的大学内的农业研究团队发挥深入合作和优势互补,目标是通过应用基础研究,提高农作物的产量、质量和耐逆抗病能力,以缓解世界粮食需求的压力。

中大生命科学学院院长黄锦波教授 (右三)、林汉明教授 (右四) 及其研究团队。
中大生命科学学院院长黄锦波教授 (右三)、林汉明教授 (右四) 及其研究团队。

林教授与黄教授展示植物蛋白的三维模型。
林教授与黄教授展示植物蛋白的三维模型。

林汉明教授破解水稻YchF类G蛋白的结构与功能。
林汉明教授破解水稻YchF类G蛋白的结构与功能。

OsGAP1对增强农作物耐逆能力的效用。
OsGAP1对增强农作物耐逆能力的效用。