中國科學家培育“抗熱水稻”應對全球氣候變暖

日前，中科院分子植物科學卓越創新中心林鴻宣研究組在Nature Plants期刊上發表論文。繼在2015年成功定位克隆了水稻首例抗熱的QTL位點TT1后，該研究組最近又成功分離克隆了水稻抗熱QTL TT2，成功將其導入廣東優質稻品種華粳秈74中，提高了在苗期存活率以及成熟期的抗熱能力。

全球氣候變暖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%~8%的減產。植物在與高溫的長期對抗中，進化出了不同的應對機制：一方面，植物可以通過“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，植物也可以通過“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，並且在熱脅迫結束后能夠快速“災后重建”，以提高熱脅迫下的生存能力。通過遺傳學手段，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。

該研究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，相較於老款，在苗期的成活率顯著提高了8-10倍，同時該位點的導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%。

TT2基因位點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。

截至目前，越來越多的抗熱QTL/基因被挖掘、分離克隆到，但是這些位點幾乎都是通過“積極應對”的方式來提高水稻的抗熱能力，即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。在高溫脅迫下，植物光合作用受阻，能量處於高度匱乏狀態，一旦調用有限的能量來“積極應對”，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。來自熱帶粳稻的TT2基因位點，則是通過“以靜制動”的方式賦予水稻抗熱的能力，即通過降低熱響應，使植物處於鈍感狀態，減少能量損耗，維持基本生命活動，待高溫結束后可以快速重建恢復，這為植物抵禦高溫提供了新的策略。