日前，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣研究員團(tuán)隊(duì)以題為“TT2 controls rice thermotolerance through SCT1-dependent alteration of wax biosynthesis”（T2通過依賴于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(fā)表。該研究把來自熱帶粳稻的抗熱QTL位點(diǎn)TT2，通過回交，成功將其導(dǎo)入廣東優(yōu)質(zhì)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(jīng)成為威脅世界糧食安全的一大重要問題，據(jù)報(bào)道，年平均溫度每升高1℃，將會(huì)對水稻、小麥、玉米等糧食作物帶來3%至8%左右的減產(chǎn)。

面對全球氣候變暖，植物本身也在想辦法、動(dòng)腦筋。在與高溫的長期對抗中，植物進(jìn)化出了不同的應(yīng)對機(jī)制：一方面，植物可以通過“積極應(yīng)對”來提高自身對于高溫逆境的應(yīng)對能力，比如及時(shí)清除高溫下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高溫對于植物體本身的損傷；另一方面，植物也可以通過“以靜制動(dòng)”的方式，使自身鈍感，減少熱響應(yīng)消耗，維持正常的生理活動(dòng)，并且在熱脅迫結(jié)束后能夠快速“災(zāi)后重建”，以提高熱脅迫下的生存能力。

因此，通過遺傳學(xué)手段，挖掘“抗熱自然基因位點(diǎn)”并對其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究，對于作物抗熱遺傳改良具有重要意義。然而，自然基因位點(diǎn)的定位難度較大，尤其是定位與抗熱等復(fù)雜性狀相關(guān)的位點(diǎn)挑戰(zhàn)更大。

林鴻宣團(tuán)隊(duì)，挑戰(zhàn)的就是水稻抗熱自然基因點(diǎn)位。該團(tuán)隊(duì)繼在2015年成功定位克隆了水稻首例抗熱的QTL位點(diǎn)TT1后，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，相較于老款，在苗期的成活率顯著提高了8-10倍，同時(shí)該位點(diǎn)的導(dǎo)入也增強(qiáng)了成熟期的抗熱能力——高溫脅迫下單株產(chǎn)量增幅達(dá)54.7%，結(jié)實(shí)率增幅達(dá)82.1%。

值得注意的是，TT2基因位點(diǎn)不僅在水稻中存在，它在各類作物中廣泛存在，并高度保守。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(yīng)用中有廣泛的前景。

實(shí)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(xué)家們研究的重點(diǎn)。但是科學(xué)家們研究的這些位點(diǎn)幾乎都是通過“積極應(yīng)對”的方式來提高水稻的抗熱能力，“積極應(yīng)對”的一個(gè)弊端是，無論是通過毒性蛋白的清除還是活性氧的清除，勢必會(huì)帶來能量的消耗，造成“能量懲罰”，并最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

而TT2位點(diǎn)的特別之處在于，它是用“以靜制動(dòng)”的方式來為植物抵御高溫。通過降低熱響應(yīng)，使植物處于鈍感狀態(tài)，減少能量損耗，維持基本生命活動(dòng)，待高溫結(jié)束后可以快速重建恢復(fù)。并且，TT2位點(diǎn)在育種應(yīng)用上更為便捷，既可以通過雜交導(dǎo)入，也可以通過定向的基因敲除，獲得抗熱品系，大大縮短育種周期。

因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為TT2是一份作物抗熱育種的珍貴基因資源，對未來作物借助分子設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)的抗熱遺傳改良具有重要意義。

在論文評(píng)審過程中，三位審稿人均對該工作給以高度評(píng)價(jià)。鑒于該工作的重要性，Nature Plants同期在線發(fā)表了由荷蘭瓦格寧根大學(xué)Scott Hayes博士撰寫的題為“Wrapped up against the heat”的評(píng)論文章，對該成果進(jìn)行了評(píng)論與展望。Scott Hayes博士對上述研究成果進(jìn)行了點(diǎn)評(píng)，稱其是抗熱研究領(lǐng)域的一大重要進(jìn)展；并指出所發(fā)現(xiàn)的基因?yàn)橹参镉N和基因編輯提供了令人興奮的潛在靶標(biāo)，有助于我們應(yīng)對在快速變暖的地球上出現(xiàn)的糧食安全問題。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士后闞義為第一作者，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(xiàn)代農(nóng)業(yè)廣東省實(shí)驗(yàn)室等的資助。

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