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新華社上海6月17日電（記者 張建松）隨著全球氣候變暖，氣溫升高對水稻等農(nóng)作物生產(chǎn)造成嚴重影響。經(jīng)過近10年努力，我國科學家在水稻抗高溫基因挖掘與機制研究上取得重要突破，在國際上成功發(fā)現(xiàn)了第一個潛在的農(nóng)作物“高溫感受器”。

6月17日，由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的這項最新研究，在國際權(quán)威學術(shù)期刊《科學》上發(fā)表。

據(jù)林鴻宣院士介紹，高溫脅迫是制約世界糧食生產(chǎn)安全的最主要因素之一。研究顯示，平均氣溫每升高1℃，會造成水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物3%-8%左右的減產(chǎn)。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。在該基因位點上，非洲稻比亞洲稻具有更強的高溫抗性。

研究團隊通過多代雜交回交的方法，把高溫抗性強的非洲稻TT3基因位點，導入到亞洲稻中，培育成了一個新的抗熱水稻品系。

田間的對比試驗表明，在水稻灌漿期的高溫條件下，這個抗熱水稻品系的產(chǎn)量顯著增加。一般的水稻品系，在35℃高溫下產(chǎn)量就會受到影響；而這個新的抗熱品系，能抵抗38℃以上的高溫。同時，對正常溫度下的水稻產(chǎn)量性狀也不會造成影響。

研究團隊通過對機制的進一步研究，發(fā)現(xiàn)在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，這兩個基因通過相互制衡，來調(diào)控水稻的高溫抗性。

葉綠體是植物光合作用的場所。研究發(fā)現(xiàn)，在熱脅迫下，TT3.2的積累，造成葉綠體損傷。而在高溫誘導下，TT3.1的蛋白定位會發(fā)生改變，從細胞表面轉(zhuǎn)移至多囊泡體中，通過招募TT3.2葉綠體前體蛋白，進行液泡降解，減少成熟的TT3.2蛋白在葉綠體中的積累，從而實現(xiàn)在高溫脅迫下對葉綠體的保護，提高水稻的高溫抗性。

“我們的研究結(jié)果表明，TT3.1可能是一個潛在的農(nóng)作物高溫感受器，同時也闡明了葉綠體蛋白降解的新機制。研究發(fā)現(xiàn)的TT3.1-TT3.2遺傳模塊，首次將植物細胞質(zhì)膜與葉綠體之間的高溫響應(yīng)信號聯(lián)系起來，這揭示了嶄新的植物響應(yīng)極端高溫的分子機制。”林鴻宣說。

業(yè)內(nèi)專家認為，今后，可借助分子生物技術(shù)方法，將這項研究發(fā)掘的抗高溫新基因TT3.1/TT3.2，應(yīng)用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等農(nóng)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，這對于有效應(yīng)對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

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