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【科技前沿】

本報(bào)上海6月17日電（記者顏維琦） 隨著全球氣候變暖趨勢(shì)加劇，高溫脅迫成為制約世界糧食生產(chǎn)安全的最主要因素之一。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，成為亟待攻克的重大課題。記者獲悉，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)與上海交通大學(xué)林尤舜研究團(tuán)隊(duì)合作在這一領(lǐng)域取得新突破。相關(guān)成果17日在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

該成果首次揭示了在一個(gè)控制水稻數(shù)量性狀的基因位點(diǎn)（TT3）中存在由兩個(gè)拮抗的基因（TT3.1和TT3.2）組成的遺傳模塊，用來(lái)調(diào)控其高溫抗性。這為揭示復(fù)雜數(shù)量性狀的分子調(diào)控機(jī)制提供了新視角。研究還揭示了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。這將應(yīng)用于抗高溫育種改良當(dāng)中，以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。

自2005年以來(lái)，林鴻宣帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功分離克隆多個(gè)控制水稻性狀的“重量級(jí)”新基因。此次，通過對(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，研究團(tuán)隊(duì)定位克隆到一個(gè)控制水稻高溫抗性的基因位點(diǎn)TT3。為此，研究團(tuán)隊(duì)付出7年的努力，加上遺傳材料構(gòu)建，耗時(shí)近10年。

研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自非洲栽培稻（CG14）的TT3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。為了解TT3的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值，研究團(tuán)隊(duì)通過多代雜交回交方法把高溫抗性強(qiáng)的非洲栽培稻TT3基因位點(diǎn)導(dǎo)入到亞洲栽培稻中，培育成新的抗熱品系。在抽穗期和灌漿期的高溫處理?xiàng)l件下，新的抗熱品系增產(chǎn)效果明顯。

通過轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)一步驗(yàn)證，結(jié)果表明，在高溫脅迫下，過量表達(dá)TT3.1或敲除TT3.2也能夠帶來(lái)2.5倍以上的增產(chǎn)效果。而在正常田間條件下，它們對(duì)產(chǎn)量性狀沒有負(fù)面影響。這為作物抗高溫育種提供了珍貴的基因資源，具有廣泛應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。

研究還注意到，細(xì)胞質(zhì)膜定位的TT3.1在高溫誘導(dǎo)下能夠發(fā)生其蛋白定位的改變，實(shí)現(xiàn)在高溫脅迫下對(duì)葉綠體的保護(hù)，從而提高水稻的高溫抗性。這表明，TT3.1可能是一個(gè)潛在的高溫感受器。該研究首次將植物細(xì)胞質(zhì)膜與葉綠體之間的高溫響應(yīng)信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，揭示了嶄新的植物響應(yīng)極端高溫的分子機(jī)制。

據(jù)預(yù)測(cè)，至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%~40%。隨著人口持續(xù)增加，糧食需求將倍增，勢(shì)必對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。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，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。