中國科學家培育“抗熱水稻”：高温脅迫下單株產量增幅達54.7%

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後，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，年平均温度每升高1℃，將會對水稻、小麥、玉米等糧食作物帶來3%~8%的減產。植物在與高温的長期對抗中，進化出了不同的應對機制：一方面，植物可以通過“積極應對”來提高自身對於高温逆境的應對能力，比如及時清除高温下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高温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，並且在熱脅迫結束後能夠快速“災後重建”，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後，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——高温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，即提高自身對於高温逆境的應對能力，比如及時清除高温下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高温對於植物體本身的損傷。在高温脅迫下，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，待高温結束後可以快速重建恢復，這為植物抵禦高温提供了新的策略。

高温脅迫下TT2-SCT1/SCT2-WR2途徑調控水稻耐熱性的示意圖模型

此外，作為負向調控抗熱的自然位點TT2在育種應用上更為便捷，既可以通過雜交導入，也可以通過定向的基因敲除，獲得抗熱品系，大大縮短育種週期。綜上所述，TT2是一份作物抗熱育種的珍貴基因資源，對未來作物藉助分子設計手段實現定點的抗熱遺傳改良具有重要意義。

（總枱記者 竇筠韻 張峻赫）