媒体聚焦

我国科学家成功发现第一个潜在的农作物“高温感受器”

新华社报道 随着全球气候变暖,气温升高对水稻等农作物生产造成严重影响。经过近10年努力,我国科学家在水稻抗高温基因挖掘与机制研究上取得重要突破,在国际上成功发现了第一个潜在的农作物“高温感受器”。

6月17日,由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的这项最新研究,在国际权威学术期刊《科学》上发表。

1.jpg

林鸿宣院士在田间观察水稻性状表型。(中科院分子植物科学卓越创新中心供图)

据林鸿宣院士介绍,高温胁迫是制约世界粮食生产安全的最主要因素之一。研究显示,平均气温每升高1℃,会造成水稻、小麦、玉米等农作物3%-8%左右的减产。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。在该基因位点上,非洲稻比亚洲稻具有更强的高温抗性。

研究团队通过多代杂交回交的方法,把高温抗性强的非洲稻TT3基因位点,导入到亚洲稻中,培育成了一个新的抗热水稻品系。

田间的对比试验表明,在水稻灌浆期的高温条件下,这个抗热水稻品系的产量显著增加。一般的水稻品系,在35℃高温下产量就会受到影响;而这个新的抗热品系,能抵抗38℃以上的高温。同时,对正常温度下的水稻产量性状也不会造成影响。

研究团队通过对机制的进一步研究,发现在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,这两个基因通过相互制衡,来调控水稻的高温抗性。

叶绿体是植物光合作用的场所。研究发现,在热胁迫下,TT3.2的积累,造成叶绿体损伤。而在高温诱导下,TT3.1的蛋白定位会发生改变,从细胞表面转移至多囊泡体中,通过招募TT3.2叶绿体前体蛋白,进行液泡降解,减少成熟的TT3.2蛋白在叶绿体中的积累,从而实现在高温胁迫下对叶绿体的保护,提高水稻的高温抗性。

2.png

TT3.1-TT3.2遗传模块调控抗热与产量平衡的分子机理。(中科院分子植物科学卓越创新中心供图)

“我们的研究结果表明,TT3.1可能是一个潜在的农作物高温感受器,同时也阐明了叶绿体蛋白降解的新机制。研究发现的TT3.1-TT3.2遗传模块,首次将植物细胞质膜与叶绿体之间的高温响应信号联系起来,这揭示了崭新的植物响应极端高温的分子机制。”林鸿宣说。

业内专家认为,今后,可借助分子生物技术方法,将这项研究发掘的抗高温新基因TT3.1/TT3.2,应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等农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,这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。