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首次发现潜在的作物高温感受器 为农作物抗高温育种开辟新途径

来源:科技日报 王春 访问:162 时间:2022-06-27

  随着全球气候变暖趋势的加剧,高温胁迫成为制约世界粮食生产安全的最为主要的胁迫因子之一。据报道,平均气温每升高1℃,会造成水稻、小麦、玉米等粮食作物3%—8%左右的减产。挖掘高温抗性基因资源、阐明高温抗性分子机制以及培育抗高温作物新品种成为当前亟待解决的问题。

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究团队和上海交通大学林尤舜研究团队合作,在研究中发现调控水稻高温抗性的新机制,这项成果不仅首次揭示了在一个控制水稻数量性状的基因位点(TT3)中存在由两个拮抗的基因(TT3.1和TT3.2)组成的遗传模块调控水稻高温抗性的新机制和叶绿体蛋白降解新机制,同时发现了第一个潜在的作物高温感受器。研究成果于6月17日在《科学》上发表。

  一直以来,通过正向遗传学方法挖掘控制高温抗性的数量性状基因位点难度大,具有挑战性。研究团队经过近十年的努力,终于成功分离克隆了水稻高温抗性新基因位点TT3,并且阐明了其调控高温抗性的新机制。

  研究团队通过对大规模水稻遗传群体进行交换个体筛选和耐热表型鉴定,定位克隆到一个控制水稻高温抗性的基因位点TT3。为了解其生产应用价值,研究团队通过多代杂交回交方法把高温抗性强的非洲栽培稻TT3基因位点导入到亚洲栽培稻中,培育成了新的抗热品系,即近等基因系NIL-TT3CG14。

  在抽穗期和灌浆期的高温处理条件下,NIL-TT3CG14的增产效果是对照品系NIL-TT3WYJ的1倍左右,同时田间高温胁迫下的小区增产达到约20%。通过转基因方法进一步验证TT3.1和TT3.2的高温抗性效果,结果表明在高温胁迫下,过量表达TT3.1或敲除TT3.2也能够带来2.5倍以上的水稻增产效果。而在正常田间条件下,它们对产量性状没有负面的影响。此外,由于TT3.1和TT3.2在多种作物中具有保守性,因此它们为作物抗高温育种提供了珍贵的基因资源,具有广泛应用前景和商业价值。

(原载于《科技日报》 2022-06-27 06版)

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