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高温下多结实82.1%,水稻也能“心静自然凉”

来源:文汇报2022-01-11 14:28

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  (记者许琦敏)全球气候变暖,夏季热浪突袭,植物如何安然度过?科学家发现,除了调动能量主动“防中暑”,植物还拥有“心静自然凉”的佛系抗热法门。日前出版的国际权威学术期刊《自然·植物学》发表了中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员林鸿宣课题组的新发现,他们成功分离克隆了一种水稻抗热基因,可降低热响应,未来有望通过分子设计培育“不怕热”作物。

  近年来,全球气候变暖已成为威胁世界粮食安全的一大重要问题。据报道,年平均气温每升高1℃,将会对水稻、小麦、玉米等粮食作物带来3%至8%左右的减产。目前,科学家已将此次新发现的抗热基因成功导入广东优质稻品种华粳籼74中,培育出了新的抗热品系。在高温胁迫下,该品系的苗期成活率提高8-10倍,单株产量增幅达54.7%,结实率增幅达82.1%。

  植物在与高温的长期对抗中,进化出了不同的应对机制:一种是通过“积极应对”来提高自身对于高温逆境的应对能力,比如及时清除高温下积累的毒性蛋白、活性氧等,从而减少高温对植物体本身的损伤;另一种方法则是通过“以静制动”,通过使自身钝感,减少热响应消耗,从而维持正常的生理活动,并在热胁迫结束后能够快速“灾后重建”,以提高热胁迫下的生存能力。

  通过遗传学手段,挖掘抗热自然基因位点并对其调控机制进行深入研究,对于作物抗热遗传改良具有重要意义。但由于其定位难度较大,尤其与抗热等复杂性状相关的位点,挑战更大。

  继2015年成功定位克隆了水稻首例抗热基因QTL位点TT1后,林鸿宣研究组最近又成功分离克隆了水稻抗热基因位点QTL TT2。通过回交,研究人员成功将其导入广东优质稻品种华粳籼74中,从而培育成了新的水稻抗热品系。

  由于TT2基因位点在各类作物中广泛存在,并高度保守,例如在小麦中有75.6%的同源度、玉米中有53.7%的同源度,因此该抗热基因在抗热作物的遗传改良中具有广泛的应用前景。

  “目前,被挖掘、分离和克隆到的很多抗热基因,几乎都是通过‘积极应对’的方式来提高水稻的抗热能力。”论文第一作者、中科院分子植物科学卓越创新中心博士后阚义解释,然而在高温胁迫下,植物光合作用受阻,能量处于高度匮乏状态,在这种状态下,消耗能量的主动应对策略会造成“能量惩罚”,并最终导致产量降低。因此,“以静制动”的方式则为植物抵御高温提供了一种新策略。TT2基因位点就是通过“以静制动”的方式赋予水稻抗热能力。而且,该基因在育种应用上更为便捷,可大大缩短育种周期。

  《自然·植物学》同期在线发表了荷兰瓦格宁根大学司科特·海耶斯博士撰写的评论文章《蜷缩以避暑》,称其是抗热研究领域的一大重要进展,有助于人类应对在快速变暖的地球上出现的粮食安全问题。

[ 责编:武玥彤 ]
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