全球氣候變暖已成為威脅世界糧食安全的重要問(wèn)題。據(jù)介紹，年平均氣溫每升高1，水稻、小麥、玉米等糧食作物的產(chǎn)量就會(huì)減少3%至8%。植物在長(zhǎng)期對(duì)抗高溫過(guò)程中，進(jìn)化出了不同的應(yīng)對(duì)機(jī)制：一方面，植物可以通過(guò)“主動(dòng)反應(yīng)”來(lái)提高應(yīng)對(duì)高溫脅迫的能力，如及時(shí)清除有毒蛋白質(zhì)、活性氧、等在高溫下積累。從而減少高溫對(duì)植物本身造成的損害；另一方面，植物還可以利用“靜制動(dòng)”使自身脫敏，減少熱響應(yīng)消耗，維持正常的生理活動(dòng)，并在熱應(yīng)激結(jié)束后維持正常的生理活動(dòng)。能夠快速“重建”以提高熱應(yīng)激下的生存能力。通過(guò)遺傳手段，挖掘天然的耐熱基因位點(diǎn)并深入研究其調(diào)控機(jī)制，對(duì)于作物耐熱性遺傳改良具有重要意義。

研究小組挑戰(zhàn)的是水稻耐熱性的天然基因座。繼2015年成功定位克隆水稻第一個(gè)耐熱QTL位點(diǎn)TT1后，該團(tuán)隊(duì)近期又成功分離克隆水稻耐熱QTL TT2。與老模型相比，攜帶QTL TT2的花粳夏74苗期成活率顯著提高8-10倍。同時(shí)，該位點(diǎn)的引入也增強(qiáng)了成熟期的耐熱性。 ——單株在高溫脅迫下產(chǎn)量提高54.7%，結(jié)實(shí)率提高82.1%。

TT2基因位點(diǎn)廣泛存在于多種作物中，且高度保守。例如，它在小麥中的同源性為75.6%，在玉米中的同源性為53.7%。因此，該耐熱基因在耐熱作物的遺傳改良中非常有用。并具有廣闊的應(yīng)用前景。

截至目前，越來(lái)越多的耐熱QTL/基因被發(fā)現(xiàn)、分離和克隆，但幾乎所有這些位點(diǎn)都是通過(guò)“主動(dòng)反應(yīng)”來(lái)提高水稻的耐熱性，即提高其對(duì)高溫脅迫的反應(yīng)。能，如及時(shí)清除高溫下積累的有毒蛋白質(zhì)、活性氧等，從而減少高溫對(duì)植物本身的損害。在高溫脅迫下，植物光合作用受阻，能量高度匱乏。一旦用有限的能源去“主動(dòng)應(yīng)對(duì)”，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致能源消耗，造成“能源懲罰”，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。來(lái)自熱帶粳稻的TT2基因位點(diǎn)賦予水稻通過(guò)“靜制動(dòng)”的抗熱能力，即通過(guò)降低熱反應(yīng)，使植物處于不敏感狀態(tài)，減少能量損失，維持基本生命活動(dòng)。植物在高溫后能夠快速重建和恢復(fù)，這為植物抵御高溫提供了新的策略。

高溫脅迫下TT2-SCT1/SCT2-WR2通路調(diào)控水稻耐熱性的示意圖

此外，TT2作為耐熱性負(fù)調(diào)節(jié)的天然位點(diǎn)，更便于育種應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)雜交或定向基因敲除的方式引入，獲得耐熱品系，大大縮短育種周期。綜上所述，TT2是作物耐熱育種的寶貴遺傳資源，對(duì)于通過(guò)分子設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)未來(lái)作物的定向耐熱遺傳改良具有重要意義。 （總臺(tái)記者竇云云張俊河）