氣溫增加1℃，作物可能就會(huì)有3%~8%左右的減產(chǎn)。對(duì)于植物如何“抗高溫”的研究，一直以來是科學(xué)界的一個(gè)難題，上海的科學(xué)家在經(jīng)過近10年的研究后，有了重大進(jìn)展。

2022年6月17日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣研究團(tuán)隊(duì)和上海交通大學(xué)林尤舜研究團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表題為 “A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance（一個(gè)基因座位上的遺傳模塊保護(hù)葉綠體增強(qiáng)水稻抗熱性）”的研究論文，發(fā)現(xiàn)了水稻也有“高溫感受器”，這對(duì)提高水稻在高溫環(huán)境下增加產(chǎn)量將有重要作用。

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇，高溫脅迫成為制約世界糧食生產(chǎn)安全的最為主要的脅迫因子之一。據(jù)報(bào)道，平均氣溫每升高1℃，會(huì)造成水稻、小麥、玉米等糧食作物3%~8%左右的減產(chǎn)。因此挖掘高溫抗性基因資源、闡明高溫抗性分子機(jī)制以及培育抗高溫作物新品種成為當(dāng)前亟待攻克的重大課題。

“作物響應(yīng)高溫脅迫都有臨界溫度，像小麥的臨界溫度是26℃，水稻是34℃。溫度到34℃以上，對(duì)水稻產(chǎn)量就會(huì)造成很大影響?！?中科院院士、分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員林鴻宣介紹說。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球水稻產(chǎn)量受到高溫潛在威脅的面積約有400萬公頃，相當(dāng)于約6000萬畝。2013年，長(zhǎng)江中下游有十幾天38℃、40℃高溫天，他的研究團(tuán)隊(duì)在松江農(nóng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)水稻結(jié)實(shí)率不到10%?！岸腋邷剡€會(huì)影響到水稻灌漿，不飽滿，導(dǎo)致稻米外觀不好看，同時(shí)也影響口感?！?/p>

而一直以來，通過正向遺傳學(xué)方法挖掘控制高溫抗性的數(shù)量性狀基因位點(diǎn)難度大、具有挑戰(zhàn)性。研究團(tuán)隊(duì)努力了7年，加上遺傳材料構(gòu)建，耗時(shí)近10年，終于成功分離克隆了水稻高溫抗性新基因位點(diǎn)TT3，并且闡明了其調(diào)控高溫抗性的新機(jī)制。這是研究團(tuán)隊(duì)繼2015年發(fā)現(xiàn)的TT1和今年1月發(fā)現(xiàn)的TT2之后，取得的又一重大進(jìn)展。

“民以食為天，食以安為先”，隨著全球氣候變暖，高溫脅迫對(duì)世界糧食生產(chǎn)安全造成了巨大的危害。據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%-40%。全球平均氣溫每升高1℃, 會(huì)導(dǎo)致主要糧食作物減產(chǎn)19.7%，其中小麥減產(chǎn)6.0%，水稻減產(chǎn)3.2%，玉米減產(chǎn)7.4%，大豆減產(chǎn)3.1%；而到2040年，平均氣溫將升高1.5-2.0℃。同時(shí)隨著人口的持續(xù)增加，糧食需求也將倍增，對(duì)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展勢(shì)必帶來巨大挑戰(zhàn)。

林鴻宣表示，借助分子生物技術(shù)方法將該研究發(fā)掘的抗高溫新基因TT3.1/TT3.2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，提高不同作物品種的高溫抗性，維持其在極端高溫下的產(chǎn)量穩(wěn)定性，對(duì)于有效應(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。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生張海（上?？萍即髮W(xué)聯(lián)合培養(yǎng)）為本文第一作者，林鴻宣研究員和林尤舜副教授為本文共同通訊作者。該中心博士生周基福、闞義博士、單軍祥博士和葉汪薇博士等參與了該項(xiàng)研究工作。該工作得到了國(guó)家基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)科技專項(xiàng)、上海交大、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)廣東省實(shí)驗(yàn)室等的資助。

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