近日 ， 中科院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士研究组成功分离克隆了水稻抗热新基因QTL TT2 。 相关研究发表于《自然—植物》 。
全球气候变暖成为威胁世界粮食安全的一大重要问题 。 研究表明 ， 年平均温度每升高1℃ ， 会造成水稻、小麦、玉米等粮食作物减产3%至8% 。
植物在与高温的长期对抗中 ， 进化出不同的应对机制：一方面 ， 植物可以通过“积极应对”来提高自身对于高温逆境的应对能力 ， 比如 ， 及时清除高温下积累的毒性蛋白、活性氧等 ， 从而减少高温对植物体本身的损伤；另一方面 ， 植物也可以通过“以静制动”的方式 ， 减少自身热响应消耗 ， 维持正常生理活动 ， 并且在热胁迫结束后快速“灾后重建” ， 以提高生存能力 。
“通过遗传学手段 ， 挖掘抗热自然基因位点并对其调控机制进行深入研究 ， 对作物抗热遗传改良具有重要意义 。 ”该论文第一作者、中科院分子植物科学卓越创新中心博士后阚义对《中国科学报》说 ， “但自然基因位点定位难度较大 ， 尤其是定位与抗热等复杂性状相关的位点挑战更大 。 ”
2015年 ， 林鸿宣研究组成功定位克隆了水稻首例抗热的QTL位点TT1 。 在此后的研究中 ， 他们又获得一个来自热带粳稻的抗热QTL位点TT2 。 通过回交 ， 研究人员成功将其导入广东优质稻品种——“华粳籼74”中 ， 从而培育出携带抗热性位点的新抗热品系 。 相较于回交亲本“华粳籼74” ， 该品系在苗期的成活率提高了8至10倍 ， 同时该位点的导入也增强了成熟期的抗热能力 ， 主要表现为高温胁迫下单株产量增幅达54.7% 。
阚义介绍说 ， TT2基因位点在各类作物中广泛存在 ， 并高度保守 ， 例如 ， 在小麦中有75.6%的同源度、玉米中有53.7%的同源度 ， 因此该抗热基因在抗热作物的遗传改良和应用中前景广泛 。
“来自于热带粳稻的TT2基因位点是通过‘以静制动’的方式赋予水稻抗热能力 。 ”阚义补充说 ， “此外 ， 作为负向调控抗热的自然位点 ， TT2在育种应用上更便捷 ， 既可以通过杂交导入水稻品种中 ， 也可以在小麦、玉米等作物中通过定向基因敲除 ， 获得抗热品系 ， 从而大大缩短育种周期 。 ”
【“调制”基因让水稻从此不怕热】“TT2是一份作物抗热育种的珍贵基因资源 ， 对未来作物借助分子设计手段实现定向的抗热遗传改良具有重要意义 。 ”林鸿宣说 。 （张双虎 黄辛）