中國青年報客戶端上海6月17日電（中青報·中青網(wǎng)記者 王燁捷）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。該成果不僅首次揭示了在一個控制水稻數(shù)量性狀的基因位點（TT3）中存在由兩個拮抗的基因（TT3.1和TT3.2）組成的遺傳模塊調(diào)控水稻高溫抗性的新機制和葉綠體蛋白降解新機制，同時發(fā)現(xiàn)了第一個潛在的作物高溫感受器。

據(jù)悉，從早期遺傳材料的構建到TT3的發(fā)現(xiàn)，耗費了該研究團隊10年時間。其最終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TT1 (Nature Genetics, 2015)和TT2 (Nature Plants, 2022) 之后，取得的又一重大進展。

在全球氣候變暖的環(huán)境下，研究水稻的高溫抗性，具有重要意義。高溫脅迫是制約世界糧食生產(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。

研究團隊通過對大規(guī)模水稻遺傳群體進行交換個體篩選和耐熱表型鑒定，定位克隆到一個控制水稻高溫抗性的基因位點TT3。來自非洲栽培稻（CG14）的TT3基因位點相較于來自亞洲栽培稻（WYJ）的TT3基因位點具有更強的高溫抗性。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，TT3基因位點中存在兩個拮抗調(diào)控水稻高溫抗性的基因TT3.1和TT3.2，這為揭示復雜數(shù)量性狀的分子調(diào)控機制提供了新的視角。為了了解TT3的生產(chǎn)應用價值，研究團隊通過多代雜交回交方法把高溫抗性強的非洲栽培稻TT3基因位點導入到亞洲栽培稻中，培育成了新的抗熱品系即近等基因系NIL-TT3CG14。在抽穗期和灌漿期的高溫處理條件下，NIL-TT3CG14的增產(chǎn)效果是對照品系的1倍左右，同時田間高溫脅迫下的小區(qū)增產(chǎn)達到約20%。

通過轉基因方法進一步驗證TT3.1和TT3.2的高溫抗性效果，結果表明在高溫脅迫下，過量表達TT3.1或敲除TT3.2也能夠帶來2.5倍以上的增產(chǎn)效果。而在正常田間條件下，它們對產(chǎn)量性狀沒有負面的影響。此外，由于TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性，因此它們?yōu)樽魑锟垢邷赜N提供了珍貴的基因資源，具有廣泛應用前景和商業(yè)價值。

“民以食為天，食以安為先”，自20世紀80年代IPCC（政府間氣候變化專門委員會）成立以來，該組織對全球氣候變暖趨勢發(fā)出了多次紅色預警，并明確了高溫脅迫對世界糧食生產(chǎn)安全的危害。

據(jù)預測，至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%-40%。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)。借助分子生物技術方法將該研究發(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（B類）、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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