■本報記者 許琦敏
平均氣溫每升高1℃，水稻、小麥、玉米等糧食作物就會減產約3%-8%。面對氣候變暖帶來的高溫脅迫，中國科學家歷經近十年研究，首次揭示了調控水稻高溫抗性的新機制和葉綠體蛋白降解新機制，同時發現了第一個潛在的作物高溫感受器。國際著名學術期刊《科學》日前發表了該研究成果。利用這一發現，科學家已經培育出了水稻新品種，在超過38℃的高溫下，大田中的耐熱水稻品種產量較對照品種增加了20%。
這一研究成果由中科院院士、中國科學院分子植物科學卓越創新中心林鴻宣與上海交通大學林尤舜的研究團隊合作完成。從構建遺傳材料，到分離克隆基因，研究團隊耗時近十年，終于找到了水稻高溫抗性新基因位點TT3，并闡明了其調控高溫抗性的新機制。
隨著全球氣候變暖趨勢加劇，高溫脅迫成為影響世界糧食安全最主要的脅迫因子之一。據預測，至2040年，高溫將使全球糧食減產30%-40%。因此，挖掘高溫抗性基因資源、闡明高溫抗性分子機制、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。這個來自非洲栽培稻(CG14)的基因位點，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。
進一步研究發現，TT3基因位點中存在兩個拮抗調控水稻高溫抗性的基因TT3.1和TT3.2。在高溫脅迫下，TT3.1能夠從細胞表面進入細胞內的多囊泡體中，招募TT3.2葉綠體前體蛋白進行降解，使成熟態TT3.2不會過多在葉綠體內積累，以保護葉綠體不受損傷，從而提高水稻的高溫抗性。因此，過量表達TT3.1或敲除TT3.2，能夠帶來2.5倍以上的增產效果。
由于TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性，借助分子生物技術方法，可將該研究發掘的抗高溫新基因應用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高溫育種改良中，對有效應對全球氣候變暖引發的糧食安全問題具有重要意義。
目前，研究團隊已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，培育出了新的抗熱品系。在抽穗期和灌漿期，經過38℃的高溫脅迫處理，抗熱新品系的增產效果是對照品系的一倍左右，同時田間高溫脅迫下的種植區域增產達到約20%。