多年來科學家一直在尋找水稻的“高溫感受器”

2013年的那個夏天,，一直留在中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士的記憶深處。當年由于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問題,。

林鴻宣研究團隊和上海交通大學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)威學術(shù)期刊《科學》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入亞洲稻中。

“高溫是一個復雜的物理信號,，要在植物細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卓越創(chuàng)新中心博士生張海（與上海科技大學聯(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)的科學家之一”,。作為分子遺傳學領域的領軍人物,，2009年他當選為中國科學院院士后依然耕耘不輟，幾乎每年都發(fā)表重要學術(shù)成果,。

對于研究的科學問題,，林鴻宣有著一種高度的“專注力”，他總是想方設法要把它琢磨透,。多年來,，科學家一直在尋找水稻的“高溫感受器”，他帶領團隊前后用了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卓越創(chuàng)新中心提供