中国科学家培育“抗热水稻”应对全球气候变暖

日前，中科院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究组在Nature Plants期刊上发表论文。继在2015年成功定位克隆了水稻首例抗热的QTL位点TT1后，该研究组最近又成功分离克隆了水稻抗热QTLTT2，成功将其导入广东优质稻品种华粳籼74中，提高了在苗期存活率以及成熟期的抗热能力。

全球气候变暖成为威胁世界粮食安全的一大重要问题，据报道，年平均温度每升高1℃，将会对水稻、小麦、玉米等粮食作物带来3%~8%的减产。植物在与高温的长期对抗中，进化出了不同的应对机制：一方面，植物可以通过“积极应对”来提高自身对于高温逆境的应对能力，比如及时清除高温下积累的毒性蛋白、活性氧等，从而减少高温对于植物体本身的损伤；另一方面，植物也可以通过“以静制动”的方式，使自身钝感，减少热响应消耗，维持正常的生理活动，并且在热胁迫结束后能够快速“灾后重建”，以提高热胁迫下的生存能力。通过遗传学手段，挖掘抗热自然基因位点并对其调控机制进行深入研究，对于作物抗热遗传改良具有重要意义。

该研究团队挑战的就是水稻抗热自然基因点位。该团队继在2015年成功定位克隆了水稻首例抗热的QTL位点TT1后，最近又成功分离克隆了水稻抗热QTL TT2。携带QTL TT2的华粳籼74，相较于老款，在苗期的成活率显著提高了8-10倍，同时该位点的导入也增强了成熟期的抗热能力——高温胁迫下单株产量增幅达54.7%，结实率增幅达82.1%。

TT2基因位点在各类作物中广泛存在，并高度保守，例如在小麦中有75.6%的同源度、玉米中有53.7%的同源度，因此该抗热基因在抗热作物的遗传改良和应用中有广泛的前景。

截至目前，越来越多的抗热QTL/基因被挖掘、分离克隆到，但是这些位点几乎都是通过“积极应对”的方式来提高水稻的抗热能力，即提高自身对于高温逆境的应对能力，比如及时清除高温下积累的毒性蛋白、活性氧等，从而减少高温对于植物体本身的损伤。在高温胁迫下，植物光合作用受阻，能量处于高度匮乏状态，一旦调用有限的能量来“积极应对”，势必会带来能量的消耗，造成“能量惩罚”，并最终导致产量降低。来自热带粳稻的TT2基因位点，则是通过“以静制动”的方式赋予水稻抗热的能力，即通过降低热响应，使植物处于钝感状态，减少能量损耗，维持基本生命活动，待高温结束后可以快速重建恢复，这为植物抵御高温提供了新的策略。