多年來科學(xué)家一直在尋找水稻的“高溫感受器”

2013年的那個夏天,，一直留在中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士的記憶深處,。當(dāng)年由于38℃及以上的高溫天多達十幾天，研究團隊在松江農(nóng)場種植的水稻,，結(jié)實率還不到10％,。

平均氣溫每升高1℃，會造成水稻,、小麥,、玉米等糧食作物3％～8％左右的減產(chǎn)。因此,，多年來科學(xué)家一直在尋找水稻的“高溫感受器”,，成為一個亟待攻克的重大科學(xué)問題。

林鴻宣研究團隊和上海交通大學(xué)林尤舜研究團隊合作,，揭示了水稻抗高溫的新機制,，同時發(fā)現(xiàn)了第一個潛在的水稻“高溫感受器”。2022年6月17日,，該研究成果在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表,。

林鴻宣（后排左六）研究組

【高溫不但減少水稻產(chǎn)量，也造成口感下降】

不同農(nóng)作物在應(yīng)對高溫時有不同的臨界溫度,，比如小麥在26℃,、玉米在38℃，水稻在34℃,，氣溫超過臨界溫度,，則會發(fā)生不同程度的減產(chǎn)。

高溫對水稻生長發(fā)育的各時期都有危害,，尤其是開花結(jié)實期,，不但減少水稻的總產(chǎn)量,，也造成口感等品質(zhì)下降。

全球氣候變暖加劇了糧食安全問題,。到2040年,，預(yù)計平均氣溫將升高1.5-2.0℃，屆時高溫可能會使全球糧食減產(chǎn)30%-40%,，全球水稻產(chǎn)量受到高溫潛在威脅的面積約有400萬公頃(6000萬畝)。與此同時,，人口増加導(dǎo)致糧食需求剛性増長,，可能會引發(fā)一系列社會問題。

【具有廣泛應(yīng)用前景和商業(yè)價值】

相比亞洲稻,，非洲稻蘊含大量豐富的基因資源,，能夠有效抵御高溫環(huán)境。但其與亞洲稻的遠(yuǎn)緣雜交成功率太低,，只有1％,，只能得到幾粒種子，近乎“雜交不育”,。

為了抓住這一“渺茫的希望”,，研究團隊用了三四年時間，通過一次次的雜交回交,，把非洲稻的耐熱基因片段成功導(dǎo)入亞洲稻中,。

“高溫是一個復(fù)雜的物理信號，要在植物細(xì)胞表面找到感受這一由物理信號轉(zhuǎn)換為生物信號的感受器,，還要不斷地通過實驗重復(fù)驗證出來,，是我們遇到的一大挑戰(zhàn)。”論文第一作者,、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生張海（與上?？萍即髮W(xué)聯(lián)合培養(yǎng)）告訴解放日報·上觀新聞記者。

該研究團隊經(jīng)過7年的努力（加上遺傳材料構(gòu)建,，耗時近10年）,，終于成功分離克隆了水稻的一個抗高溫新基因位點，并闡明了其調(diào)控高溫抗性的新機制,。

一般而言,，有些抗逆基因會影響作物產(chǎn)量。但有意思的是,，在正常田間條件下,，這一抗高溫基因?qū)Ξa(chǎn)量性狀沒有產(chǎn)生負(fù)面的影響。“我們在農(nóng)田搭建了塑料大棚,，模擬高溫環(huán)境,，小面積區(qū)域試驗結(jié)果顯示,，帶有非洲稻抗熱基因的水稻新品系在高溫下增加了20％的產(chǎn)量。”林鴻宣說,。

除了水稻,，研究人員還可以把這一基因應(yīng)用于小麥、玉米,、大豆以及蔬菜等作物的抗高溫育種改良,，維持其在極端高溫下的產(chǎn)量穩(wěn)定，具有廣泛應(yīng)用前景和商業(yè)價值,。

【記者手記】

去年十月,，解放日報·上觀新聞記者在松江區(qū)泖港鎮(zhèn)的實驗農(nóng)場采訪，偶遇了林鴻宣院士,。當(dāng)時,，他頭戴草帽，腳蹬雨鞋,，儼然一個農(nóng)民的樣子,。多年來從播種、插秧,、采樣,、觀察表型到收種，這些事情他都親力親為,。

林鴻宣院士在田間觀察水稻性狀表型

在中科院分子植物卓越中心主任韓斌院士眼中,，林鴻宣是該所“最高產(chǎn)的科學(xué)家之一”。作為分子遺傳學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物,，2009年他當(dāng)選為中國科學(xué)院院士后依然耕耘不輟,，幾乎每年都發(fā)表重要學(xué)術(shù)成果。

對于研究的科學(xué)問題,，林鴻宣有著一種高度的“專注力”,，他總是想方設(shè)法要把它琢磨透。多年來,，科學(xué)家一直在尋找水稻的“高溫感受器”,，他帶領(lǐng)團隊前后用了10年時間，終于取得了突破,。

林鴻宣喜歡“啃硬骨頭”,，總是選擇農(nóng)業(yè)上的重大科學(xué)問題作為主攻方向。除了抗高溫,，他還和水稻的抗旱,、耐鹽較上了勁。這些都是科學(xué)難題,，但一旦突破,，可能就會給水稻育種帶來改變,，從而影響我們的生活。

題圖來源：松江農(nóng)場水稻材料,。圖片由中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心提供