中青報·中青網記者王燁捷
日前，中科院分子植物科學卓越創新中心林鴻宣研究員團隊以題為“TT2 controls rice thermotolerance through SCT1-dependent alteration of wax biosynthesis”（T2透過依賴於SCT1的蠟生物合成改變來控制水稻的耐熱性）在Nature Plants 期刊上發表。該研究把來自熱帶粳稻的抗熱QTL位點TT2，透過回交，成功將其匯入廣東優質稻品種華粳秈74中，從而培育成了新的抗熱品系。
全球氣候變暖如今已經成為威脅世界糧食安全的一大重要問題，據報道，年平均溫度每升高1℃，將會對水稻、小麥、玉米等糧食作物帶來3%至8%左右的減產。
面對全球氣候變暖，植物本身也在想辦法、動腦筋。在與高溫的長期對抗中，植物進化出了不同的應對機制：一方面，植物可以透過“積極應對”來提高自身對於高溫逆境的應對能力，比如及時清除高溫下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高溫對於植物體本身的損傷；另一方面，植物也可以透過“以靜制動”的方式，使自身鈍感，減少熱響應消耗，維持正常的生理活動，並且在熱脅迫結束後能夠快速“災後重建”，以提高熱脅迫下的生存能力。
因此，透過遺傳學手段，挖掘“抗熱自然基因位點”並對其調控機制進行深入研究，對於作物抗熱遺傳改良具有重要意義。然而，自然基因位點的定位難度較大，尤其是定位與抗熱等複雜性狀相關的位點挑戰更大。
林鴻宣團隊，挑戰的就是水稻抗熱自然基因點位。該團隊繼在2015年成功定位克隆了水稻首例抗熱的QTL位點TT1後，最近又成功分離克隆了水稻抗熱QTL TT2。攜帶QTL TT2的華粳秈74，相較於老款，在苗期的成活率顯著提高了8-10倍，同時該位點的匯入也增強了成熟期的抗熱能力——高溫脅迫下單株產量增幅達54.7%，結實率增幅達82.1%。
值得注意的是，TT2基因位點不僅在水稻中存在，它在各類作物中廣泛存在，並高度保守。例如在小麥中有75.6%的同源度、玉米中有53.7%的同源度，因此該抗熱基因在抗熱作物的遺傳改良和應用中有廣泛的前景。
實際上，對植物抗熱QTL/基因的挖掘、分離克隆，一直以來都是科學家們研究的重點。但是科學家們研究的這些位點幾乎都是透過“積極應對”的方式來提高水稻的抗熱能力，“積極應對”的一個弊端是，無論是透過毒性蛋白的清除還是活性氧的清除，勢必會帶來能量的消耗，造成“能量懲罰”，並最終導致產量降低。
而TT2位點的特別之處在於，它是用“以靜制動”的方式來為植物抵禦高溫。透過降低熱響應，使植物處於鈍感狀態，減少能量損耗，維持基本生命活動，待高溫結束後可以快速重建恢復。並且，TT2位點在育種應用上更為便捷，既可以透過雜交匯入，也可以透過定向的基因敲除，獲得抗熱品系，大大縮短育種週期。
因此，研究團隊認為TT2是一份作物抗熱育種的珍貴基因資源，對未來作物藉助分子設計手段實現定點的抗熱遺傳改良具有重要意義。
在論文評審過程中，三位審稿人均對該工作給以高度評價。鑑於該工作的重要性，Nature Plants同期線上發表了由荷蘭瓦格寧根大學Scott Hayes博士撰寫的題為“Wrapped up against the heat”的評論文章，對該成果進行了評論與展望。Scott Hayes博士對上述研究成果進行了點評，稱其是抗熱研究領域的一大重要進展；並指出所發現的基因為植物育種和基因編輯提供了令人興奮的潛在靶標，有助於我們應對在快速變暖的地球上出現的糧食安全問題。
中科院分子植物科學卓越創新中心博士後闞義為第一作者，林鴻宣研究員為通訊作者。該工作得到了國家基金委、中科院、嶺南現代農業廣東省實驗室等的資助。
來源：中國青年報客戶端
