日前，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣研究組在Nature Plants期刊上發(fā)表論文。繼在2015年成功定位克隆了水稻首例抗熱的QTL位點(diǎn)TT1后，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(dǎo)入廣東優(yōu)質(zhì)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(wèn)題，據(jù)報(bào)道，年平均溫度每升高1℃，將會(huì)對(duì)水稻、小麥、玉米等糧食作物帶來(lái)3%~8%的減產(chǎn)。植物在與高溫的長(zhǎng)期對(duì)抗中，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)“積極應(yīng)對(duì)”來(lái)提高自身對(duì)于高溫逆境的應(yīng)對(duì)能力，比如及時(shí)清除高溫下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高溫對(duì)于植物體本身的損傷；另一方面，植物也可以通過(guò)“以靜制動(dòng)”的方式，使自身鈍感，減少熱響應(yīng)消耗，維持正常的生理活動(dòng)，并且在熱脅迫結(jié)束后能夠快速“災(zāi)后重建”，以提高熱脅迫下的生存能力。通過(guò)遺傳學(xué)手段，挖掘抗熱自然基因位點(diǎn)并對(duì)其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究，對(duì)于作物抗熱遺傳改良具有重要意義。

該研究團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)的就是水稻抗熱自然基因點(diǎn)位。該團(tuán)隊(duì)繼在2015年成功定位克隆了水稻首例抗熱的QTL位點(diǎn)TT1后，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，相較于老款，在苗期的成活率顯著提高了8-10倍，同時(shí)該位點(diǎn)的導(dǎo)入也增強(qiáng)了成熟期的抗熱能力——高溫脅迫下單株產(chǎn)量增幅達(dá)54.7%，結(jié)實(shí)率增幅達(dá)82.1%。

TT2基因位點(diǎn)在各類(lèi)作物中廣泛存在，并高度保守，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(yīng)用中有廣泛的前景。

截至目前，越來(lái)越多的抗熱QTL/基因被挖掘、分離克隆到，但是這些位點(diǎn)幾乎都是通過(guò)“積極應(yīng)對(duì)”的方式來(lái)提高水稻的抗熱能力，即提高自身對(duì)于高溫逆境的應(yīng)對(duì)能力，比如及時(shí)清除高溫下積累的毒性蛋白、活性氧等，從而減少高溫對(duì)于植物體本身的損傷。在高溫脅迫下，植物光合作用受阻，能量處于高度匱乏狀態(tài)，一旦調(diào)用有限的能量來(lái)“積極應(yīng)對(duì)”，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)能量的消耗，造成“能量懲罰”，并最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。來(lái)自熱帶粳稻的TT2基因位點(diǎn)，則是通過(guò)“以靜制動(dòng)”的方式賦予水稻抗熱的能力，即通過(guò)降低熱響應(yīng)，使植物處于鈍感狀態(tài)，減少能量損耗，維持基本生命活動(dòng)，待高溫結(jié)束后可以快速重建恢復(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途徑調(diào)控水稻耐熱性的示意圖模型

此外，作為負(fù)向調(diào)控抗熱的自然位點(diǎn)TT2在育種應(yīng)用上更為便捷，既可以通過(guò)雜交導(dǎo)入，也可以通過(guò)定向的基因敲除，獲得抗熱品系，大大縮短育種周期。綜上所述，TT2是一份作物抗熱育種的珍貴基因資源，對(duì)未來(lái)作物借助分子設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)的抗熱遺傳改良具有重要意義。

（總臺(tái)記者 竇筠韻 張峻赫）