【中国青年报】我国科学家发现水稻高温下高产“秘笈”
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2022-06-17 | 【】 【】
中国青年报客户端上海6月17日电（中青报·中青网记者 王烨捷）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。该成果不仅首次揭示了在一个控制水稻数量性状的基因位点（tt3）中存在由两个拮抗的基因（tt3.1和tt3.2）组成的遗传模块调控水稻高温抗性的新机制和叶绿体蛋白降解新机制，同时发现了第一个潜在的作物高温感受器。
据悉，从早期遗传材料的构建到tt3的发现，耗费了该研究团队10年时间。其最终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tt1 (nature genetics, 2015)和tt2 (nature plants, 2022) 之后，取得的又一重大进展。
在全球气候变暖的环境下，研究水稻的高温抗性，具有重要意义。高温胁迫是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。
研究团队通过对大规模水稻遗传群体进行交换个体筛选和耐热表型鉴定，定位克隆到一个控制水稻高温抗性的基因位点tt3。来自非洲栽培稻（cg14）的tt3基因位点相较于来自亚洲栽培稻（wyj）的tt3基因位点具有更强的高温抗性。
进一步研究发现，tt3基因位点中存在两个拮抗调控水稻高温抗性的基因tt3.1和tt3.2，这为揭示复杂数量性状的分子调控机制提供了新的视角。为了了解tt3的生产应用价值，研究团队通过多代杂交回交方法把高温抗性强的非洲栽培稻tt3基因位点导入到亚洲栽培稻中，培育成了新的抗热品系即近等基因系nil-tt3cg14。在抽穗期和灌浆期的高温处理条件下，nil-tt3cg14的增产效果是对照品系的1倍左右，同时田间高温胁迫下的小区增产达到约20%。
通过转基因方法进一步验证tt3.1和tt3.2的高温抗性效果，结果表明在高温胁迫下，过量表达tt3.1或敲除tt3.2也能够带来2.5倍以上的增产效果。而在正常田间条件下，它们对产量性状没有负面的影响。此外，由于tt3.1和tt3.2在多种作物中具有保守性，因此它们为作物抗高温育种提供了珍贵的基因资源，具有广泛应用前景和商业价值。
“民以食为天，食以安为先”，自20世纪80年代ipcc（政府间气候变化专门委员会）成立以来，该组织对全球气候变暖趋势发出了多次红色预警，并明确了高温胁迫对世界粮食生产安全的危害。
据预测，至2040年，高温将使全球粮食减产30%-40%。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。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（b类）、上海交大、岭南现代农业广东省实验室等的资助。
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