【青年报】?水稻如何抗高温？上海科学家近10年研究取得新突破
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2022-06-17 | 【】 【】
气温增加1℃，作物可能就会有3%~8%左右的减产。对于植物如何“抗高温”的研究，一直以来是科学界的一个难题，上海的科学家在经过近10年的研究后，有了重大进展。
2022年6月17日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究团队和上海交通大学林尤舜研究团队合作在国际顶尖学术期刊《科学》上发表题为 “a genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance（一个基因座位上的遗传模块保护叶绿体增强水稻抗热性）”的研究论文，发现了水稻也有“高温感受器”，这对提高水稻在高温环境下增加产量将有重要作用。
随着全球气候变暖趋势的加剧，高温胁迫成为制约世界粮食生产安全的最为主要的胁迫因子之一。据报道，平均气温每升高1℃，会造成水稻、小麦、玉米等粮食作物3%~8%左右的减产。因此挖掘高温抗性基因资源、阐明高温抗性分子机制以及培育抗高温作物新品种成为当前亟待攻克的重大课题。
“作物响应高温胁迫都有临界温度，像小麦的临界温度是26℃，水稻是34℃。温度到34℃以上，对水稻产量就会造成很大影响。” 中科院院士、分子植物科学卓越创新中心研究员林鸿宣介绍说。根据统计，目前全球水稻产量受到高温潜在威胁的面积约有400万公顷，相当于约6000万亩。2013年，长江中下游有十几天38℃、40℃高温天，他的研究团队在松江农场发现水稻结实率不到10%。“而且高温还会影响到水稻灌浆，不饱满，导致稻米外观不好看，同时也影响口感。”
而一直以来，通过正向遗传学方法挖掘控制高温抗性的数量性状基因位点难度大、具有挑战性。研究团队努力了7年，加上遗传材料构建，耗时近10年，终于成功分离克隆了水稻高温抗性新基因位点tt3，并且阐明了其调控高温抗性的新机制。这是研究团队继2015年发现的tt1和今年1月发现的tt2之后，取得的又一重大进展。
“民以食为天，食以安为先”，随着全球气候变暖，高温胁迫对世界粮食生产安全造成了巨大的危害。据科学家预测，至2040年，高温将使全球粮食减产30%-40%。全球平均气温每升高1℃, 会导致主要粮食作物减产19.7%，其中小麦减产6.0%，水稻减产3.2%，玉米减产7.4%，大豆减产3.1%；而到2040年，平均气温将升高1.5-2.0℃。同时随着人口的持续增加，粮食需求也将倍增，对未来农业发展势必带来巨大挑战。
林鸿宣表示，借助分子生物技术方法将该研究发掘的抗高温新基因tt3.1/tt3.2应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高温育种改良中，提高不同作物品种的高温抗性，维持其在极端高温下的产量稳定性，对于有效应对全球气候变暖引发的粮食安全问题具有重要意义。
中科院分子植物科学卓越创新中心博士生张海（上海科技大学联合培养）为本文第一作者，林鸿宣研究员和林尤舜副教授为本文共同通讯作者。该中心博士生周基福、阚义博士、单军祥博士和叶汪薇博士等参与了该项研究工作。该工作得到了国家基金委基础科学中心项目、中科院先导科技专项、上海交大、岭南现代农业广东省实验室等的资助。
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