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超高溫下,耐熱水稻可增產(chǎn)兩成

2022-09-01 11:30:03

來(lái)源:文匯報(bào)

  ■本報(bào)記者 許琦敏

  平均氣溫每升高1℃,水稻、小麥、玉米等糧食作物就會(huì)減產(chǎn)約3%-8%。面對(duì)氣候變暖帶來(lái)的高溫脅迫,中國(guó)科學(xué)家歷經(jīng)近十年研究,首次揭示了調(diào)控水稻高溫抗性的新機(jī)制和葉綠體蛋白降解新機(jī)制,同時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)潛在的作物高溫感受器。國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》日前發(fā)表了該研究成果。利用這一發(fā)現(xiàn),科學(xué)家已經(jīng)培育出了水稻新品種,在超過(guò)38℃的高溫下,大田中的耐熱水稻品種產(chǎn)量較對(duì)照品種增加了20%。

  這一研究成果由中科院院士、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣與上海交通大學(xué)林尤舜的研究團(tuán)隊(duì)合作完成。從構(gòu)建遺傳材料,到分離克隆基因,研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)近十年,終于找到了水稻高溫抗性新基因位點(diǎn)TT3,并闡明了其調(diào)控高溫抗性的新機(jī)制。

  隨著全球氣候變暖趨勢(shì)加劇,高溫脅迫成為影響世界糧食安全最主要的脅迫因子之一。據(jù)預(yù)測(cè),至2040年,高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%-40%。因此,挖掘高溫抗性基因資源、闡明高溫抗性分子機(jī)制、培育抗高溫作物新品種成為當(dāng)前亟待攻克的重大課題。

  研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)大規(guī)模水稻遺傳群體進(jìn)行交換個(gè)體篩選和耐熱表型鑒定,定位克隆到一個(gè)控制水稻高溫抗性的基因位點(diǎn)TT3。這個(gè)來(lái)自非洲栽培稻(CG14)的基因位點(diǎn),相較于來(lái)自亞洲栽培稻(WYJ)的TT3基因位點(diǎn)具有更強(qiáng)的高溫抗性。

  進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),TT3基因位點(diǎn)中存在兩個(gè)拮抗調(diào)控水稻高溫抗性的基因TT3.1和TT3.2。在高溫脅迫下,TT3.1能夠從細(xì)胞表面進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的多囊泡體中,招募TT3.2葉綠體前體蛋白進(jìn)行降解,使成熟態(tài)TT3.2不會(huì)過(guò)多在葉綠體內(nèi)積累,以保護(hù)葉綠體不受損傷,從而提高水稻的高溫抗性。因此,過(guò)量表達(dá)TT3.1或敲除TT3.2,能夠帶來(lái)2.5倍以上的增產(chǎn)效果。

  由于TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性,借助分子生物技術(shù)方法,可將該研究發(fā)掘的抗高溫新基因應(yīng)用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高溫育種改良中,對(duì)有效應(yīng)對(duì)全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

  目前,研究團(tuán)隊(duì)已把高溫抗性強(qiáng)的非洲栽培稻TT3基因位點(diǎn)導(dǎo)入到亞洲栽培稻中,培育出了新的抗熱品系。在抽穗期和灌漿期,經(jīng)過(guò)38℃的高溫脅迫處理,抗熱新品系的增產(chǎn)效果是對(duì)照品系的一倍左右,同時(shí)田間高溫脅迫下的種植區(qū)域增產(chǎn)達(dá)到約20%。

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