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二零一六年三月二十二日

中大林漢明教授首次破解水稻YchF類G蛋白的結構與功能
最新發現有助增強農作物抗病耐逆能力



香港中文大學 (中大) 農業生物技術國家重點實驗室大豆研究中心主任、生命科學學院教授林漢明教授領導的合作研究團隊,首次破解水稻YchF類G蛋白之結構與功能,為提升植物抗病耐逆能力的科研揭開新的一頁。這項新發現於本年二月在享譽國際的科學期刊 -《美國國家科學院院報》刊登。

聯合國估計,全球人口將在2050年增至93億人,全球農作物產量必須在2050年前提升一倍,才能應付全球的糧食需求。然而,農作物產量受惡劣環境及病害所威脅。例如乾旱、水澇和鹽分等環境因素威脅著全球96.5%的農地,當中灌溉農田受鹽分影響,以致農業每年損失273億美元,產量減少最高達70%。

農作物有一套非常複雜的信息傳遞系統,來抗衡病菌感染和緩解逆境壓力。林教授團隊利用新科技,首次成功解開水稻YchF蛋白的結構與功能之謎。YchF類G蛋白是G蛋白的其中一個家族,存在於差不多所有的生物。林教授團隊的最新研究發現,與ATP和GTP(「三磷酸鳥苷」和「三磷酸腺苷」,兩種主要幫助能量傳遞與信息傳遞的核苷酸)結合後的YchF類G蛋白,平時會抑制植物抗病和耐逆的功能,以免浪費資源。理解如何控制這類蛋白,有助提升植物的抗病耐逆能力。這項研究可以幫助農作物在遇到病菌感染或鹽化土壤等惡劣環境下,仍能保持較高的收成。

X 光晶體技術成功解構水稻YchF類G蛋白

蛋白質是非常微細的分子,科學家即使透過先進的顯微鏡,也未必能看到蛋白質的結構。為了全面了解其結構和功能,林教授的團隊利用X 光晶體學研究技術及定點突變技術,剖析水稻YchF類G蛋白。X 光晶體學研究技術的原理,是向目標蛋白的晶體發射X光射線,當X光射線經過晶體,會繞射至不同方向。通過計算X光射線繞射方向,可確認蛋白質的立體結構。研究員透過分析其結構,確認了水稻YchF類G蛋白能與ATP和GTP結合,並產生對植物抗病和耐逆功能之不同影響。

未來研究繼續致力提升農作物收成量

林教授團隊數年前已在水稻的研究中發現一個名為OsGAP1的蛋白,能加速水稻YchF類G蛋白上的ATP和GTP的水解反應,解除它對植物抗病和耐逆功能的負面影響。結合多年研究成果,林教授將繼續研究如何利用OsGAP1抑制水稻YchF類G蛋白,達到有效提升農作物抗病耐逆能力的目標,使農作物的收成得以提升。

林教授表示︰「科學可以讓人看透事物表面,讓我們更深入了解生命及自然。科學也是一份探求真知的精神,以改善人類的生活。我和我的團隊期望,這次成果能推動後續的研究,最終能提升農作物的收成量,利用基礎科學來紓緩全球的糧食危機。」

林教授也感謝合作團隊的貢獻︰「這次研究成果展示了中大與中國農業大學在農業生物技術國家重點實驗室的合作及協同效應。我們將繼續促進雙方在專業技術上之交流,並以改善農作物生產量為共同目標,在提升植物與農業科技水平上努力。」

林漢明教授簡歷

林漢明教授現為香港中文大學生命科學院教授、博士生導師、分子生物學課程主任及農業生物技術國家重點實驗室大豆研究中心主任。他於中大取得生物學學士及碩士學位後,於美國西北大學獲得分子生物學博士學位,期後任紐約大學博士後研究員,並於1997年回到中大任教。

林漢明教授是研究基因功能的專家。他的團隊主持一項大型的大豆基因組研究項目,透過大規模基因組測序,了解野生及栽培大豆基因組中因人工篩選下所發生的變化,為世界大豆科學研究及育種提供重要的訊息和數據,並成功獲得耐鹽主效基因。他曾於眾多國際科學期刊發表研究成果,包括﹕《自然》、《自然·遺傳》、《自然·通訊》、《美國國家科學院院報》、《生物化學期刊》等。

農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學夥伴實驗室)簡介 

由國家科技部設立的「農業生物技術國家重點實驗室」及「夥伴實驗室」,建基於香港中文大學及中國農業大學。這兩所同在農業生物技術具領導地位的大學內的農業研究團隊發揮深入合作和優勢互補,目標是通過應用基礎研究,提高農作物的產量、質量和耐逆抗病能力,以緩解世界糧食需求的壓力。

中大生命科學學院院長黃錦波教授 (右三)、林漢明教授 (右四) 及其研究團隊。
中大生命科學學院院長黃錦波教授 (右三)、林漢明教授 (右四) 及其研究團隊。

林教授與黃教授展示植物蛋白的三維模型。
林教授與黃教授展示植物蛋白的三維模型。

林漢明教授破解水稻YchF類G蛋白的結構與功能。
林漢明教授破解水稻YchF類G蛋白的結構與功能。

OsGAP1對增強農作物耐逆能力的效用。
OsGAP1對增強農作物耐逆能力的效用。