氣溫增加1℃，作物可能就會有3%~8%左右的減產(chǎn)。對于植物如何“抗高溫”的研究，一直以來是科學界的一個難題，上海的科學家在經(jīng)過近10年的研究后，有了重大進展。

2022年6月17日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心林鴻宣研究團隊和上海交通大學林尤舜研究團隊合作在國際頂尖學術(shù)期刊《科學》上發(fā)表題為 “A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance（一個基因座位上的遺傳模塊保護葉綠體增強水稻抗熱性）”的研究論文，發(fā)現(xiàn)了水稻也有“高溫感受器”，這對提高水稻在高溫環(huán)境下增加產(chǎn)量將有重要作用。

隨著全球氣候變暖趨勢的加劇，高溫脅迫成為制約世界糧食生產(chǎn)安全的最為主要的脅迫因子之一。據(jù)報道，平均氣溫每升高1℃，會造成水稻、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制以及培育抗高溫作物新品種成為當前亟待攻克的重大課題。

“作物響應高溫脅迫都有臨界溫度，像小麥的臨界溫度是26℃，水稻是34℃。溫度到34℃以上，對水稻產(chǎn)量就會造成很大影響?！?中科院院士、分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員林鴻宣介紹說。根據(jù)統(tǒng)計，目前全球水稻產(chǎn)量受到高溫潛在威脅的面積約有400萬公頃，相當于約6000萬畝。2013年，長江中下游有十幾天38℃、40℃高溫天，他的研究團隊在松江農(nóng)場發(fā)現(xiàn)水稻結(jié)實率不到10%。“而且高溫還會影響到水稻灌漿，不飽滿，導致稻米外觀不好看，同時也影響口感。”

而一直以來，通過正向遺傳學方法挖掘控制高溫抗性的數(shù)量性狀基因位點難度大、具有挑戰(zhàn)性。研究團隊努力了7年，加上遺傳材料構(gòu)建，耗時近10年，終于成功分離克隆了水稻高溫抗性新基因位點TT3，并且闡明了其調(diào)控高溫抗性的新機制。這是研究團隊繼2015年發(fā)現(xiàn)的TT1和今年1月發(fā)現(xiàn)的TT2之后，取得的又一重大進展。

“民以食為天，食以安為先”，隨著全球氣候變暖，高溫脅迫對世界糧食生產(chǎn)安全造成了巨大的危害。據(jù)科學家預測，至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%-40%。全球平均氣溫每升高1℃, 會導致主要糧食作物減產(chǎn)19.7%，其中小麥減產(chǎn)6.0%，水稻減產(chǎn)3.2%，玉米減產(chǎn)7.4%，大豆減產(chǎn)3.1%；而到2040年，平均氣溫將升高1.5-2.0℃。同時隨著人口的持續(xù)增加，糧食需求也將倍增，對未來農(nóng)業(yè)發(fā)展勢必帶來巨大挑戰(zhàn)。

林鴻宣表示，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，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，對于有效應對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心博士生張海（上?？萍即髮W聯(lián)合培養(yǎng)）為本文第一作者，林鴻宣研究員和林尤舜副教授為本文共同通訊作者。該中心博士生周基福、闞義博士、單軍祥博士和葉汪薇博士等參與了該項研究工作。該工作得到了國家基金委基礎科學中心項目、中科院先導科技專項、上海交大、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)廣東省實驗室等的資助。

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