网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

极端高温下水稻还能高产吗?他们发现首个潜在作物高温感受器

0
分享至

“民以食为天,食以安为先”,自上世纪80年代IPCC(政府间气候变化专门委员会)成立以来,该组织对全球气候变暖趋势发出了多次红色预警,并明确了高温胁迫对世界粮食生产安全的危害。
据IPCC多位专家预测,全球平均气温每升高1℃, 会导致主要粮食作物减产19.7%,其中小麦减产6.0%,水稻减产3.2%,玉米减产7.4%,大豆减产3.1%,而到2040年,平均气温将升高1.5-2.0℃,将使全球粮食减产30%-40%,同时随着人口的持续增加,粮食需求也将倍增,对未来农业发展势必带来巨大挑战。
因此,挖掘高温抗性基因资源、阐明高温抗性分子机制以及培育抗高温作物新品种成为当前亟待攻克的重大课题。
2022年6月17日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究团队和上海交通大学林尤舜研究团队合作在国际顶尖学术期刊《科学》上发表题为 “A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance(一个基因座位上的遗传模块保护叶绿体增强水稻抗热性)”的研究论文。该成果不仅首次揭示了在一个控制水稻数量性状的基因位点(TT3)中存在由两个拮抗的基因(TT3.1和TT3.2)组成的遗传模块调控水稻高温抗性的新机制和叶绿体蛋白降解新机制,同时发现了第一个潜在的作物高温感受器。

松江农场水稻材料 本文图片均为中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图

一直以来,通过正向遗传学方法挖掘控制高温抗性的数量性状基因位点难度大、具有挑战性。
该研究团队经过7年(加上遗传材料构建,耗时近10年)的努力,终于成功分离克隆了水稻高温抗性新基因位点TT3,并且阐明了其调控高温抗性的新机制。
研究团队通过对大规模水稻遗传群体进行交换个体筛选和耐热表型鉴定,定位克隆到一个控制水稻高温抗性的基因位点TT3。来自非洲栽培稻(CG14)的TT3基因位点相较于来自亚洲栽培稻(WYJ)的TT3基因位点具有更强的高温抗性。通过进一步的研究发现TT3基因位点中存在两个拮抗调控水稻高温抗性的基因TT3.1和TT3.2,这为揭示复杂数量性状的分子调控机制提供了新的视角。

来自非洲栽培稻的TT3CG14位点及TT3.1过量表达、TT3.2敲除构建比对照显著增加高温胁迫下的水稻产量。

为了了解TT3的生产应用价值,研究团队通过多代杂交回交方法把高温抗性强的非洲栽培稻TT3基因位点导入到亚洲栽培稻中,培育成了新的抗热品系即近等基因系NIL-TT3CG14。
在抽穗期和灌浆期的高温处理条件下,NIL-TT3CG14的增产效果是对照品系NIL-TT3WYJ的1倍左右,同时田间高温胁迫下的小区增产达到约20%。通过转基因方法进一步验证TT3.1和TT3.2的高温抗性效果,结果表明在高温胁迫下,过量表达TT3.1或敲除TT3.2也能够带来2.5倍以上的增产效果。
而在正常田间条件下,它们对产量性状没有负面的影响。此外,由于TT3.1和TT3.2在多种作物中具有保守性,因此它们为作物抗高温育种提供了珍贵的基因资源,具有广泛应用前景和商业价值。
在机制上,进一步研究发现细胞质膜定位的TT3.1在高温诱导下能够发生其蛋白定位的改变,从细胞表面转移至多囊泡体中,招募并泛素化细胞质中的TT3.2叶绿体前体蛋白、通过多囊泡体-液泡途径降解,从而导致进入叶绿体的成熟态TT3.2蛋白的量减少,减轻在热胁迫下TT3.2积累所造成的叶绿体损伤,实现在高温胁迫下对叶绿体的保护,从而提高水稻的高温抗性。

TT3.1-TT3.2遗传模块调控抗热与产量平衡的分子机理。

这些结果表明TT3.1可能是一个潜在的高温感受器,同时也阐明了叶绿体蛋白降解的新机制。该研究发现的TT3.1-TT3.2遗传模块首次将植物细胞质膜与叶绿体之间的高温响应信号联系起来,揭示了崭新的植物响应极端高温的分子机制。
借助分子生物技术方法将该研究发掘的抗高温新基因TT3.1/TT3.2应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高温育种改良中,提高不同作物品种的高温抗性,维持其在极端高温下的产量稳定性,对于有效应对全球气候变暖引发的粮食安全问题具有重要意义。
中科院分子植物科学卓越创新中心博士生张海(上海科技大学联合培养)为本文第一作者,林鸿宣研究员和林尤舜副教授为本文共同通讯作者。该中心博士生周基福、阚义博士、单军祥博士和叶汪薇博士等参与了该项研究工作。该工作得到了国家基金委基础科学中心项目、中科院先导科技专项(B类)、上海交大、岭南现代农业广东省实验室等的资助。

林鸿宣院士在田间观察水稻性状表型

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
你有过手贱的体验吗?网友:手贱毁了三个家庭,人间悲剧啊!

你有过手贱的体验吗?网友:手贱毁了三个家庭,人间悲剧啊!

弱肉强食法则
2024-03-28 19:34:40
上海24岁女孩整容失败后自杀身亡,前后照曝光,网友:太可惜了

上海24岁女孩整容失败后自杀身亡,前后照曝光,网友:太可惜了

听风听你
2024-03-27 12:11:07
新华社消息|要习惯过紧日子!财政部多举措强化预算约束

新华社消息|要习惯过紧日子!财政部多举措强化预算约束

新华社
2024-03-27 23:51:19
大危机?威廉王子急呼哈里回来为父抬棺!冰释前嫌还是危急时刻

大危机?威廉王子急呼哈里回来为父抬棺!冰释前嫌还是危急时刻

王二哥老搞笑
2024-03-28 18:41:25
勇气可嘉,四川一中学家长硬扛老师与家委:我不买,这是道德绑架

勇气可嘉,四川一中学家长硬扛老师与家委:我不买,这是道德绑架

东东趣谈
2024-03-28 15:03:52
闹大了!官方下场了,具俊晔妈妈让他离婚回韩国?大S恐成一场空

闹大了!官方下场了,具俊晔妈妈让他离婚回韩国?大S恐成一场空

七阿姨爱八卦
2024-03-27 21:49:19
民进党当局有官员声称大陆可能会通过送返金门海钓人员向台施压,国台办回应

民进党当局有官员声称大陆可能会通过送返金门海钓人员向台施压,国台办回应

环球网资讯
2024-03-27 11:56:07
轰23+14+12!就在今天,一项空前绝后的NBA纪录,被詹姆斯达成了

轰23+14+12!就在今天,一项空前绝后的NBA纪录,被詹姆斯达成了

刘哥谈体育
2024-03-28 12:24:52
定价出来了,小米SU7起售价21.59万元!共三款配置

定价出来了,小米SU7起售价21.59万元!共三款配置

户外小阿隋
2024-03-28 21:53:06
澳门广州两女学生被骗到珠海失联,已找到!有人已转账20万

澳门广州两女学生被骗到珠海失联,已找到!有人已转账20万

南方都市报
2024-03-28 15:05:54
太欺负人了!53岁的中年女人,竟把两个20出头的姑娘给比下去了

太欺负人了!53岁的中年女人,竟把两个20出头的姑娘给比下去了

静静时光
2024-03-22 12:26:38
54岁“武松”丁海峰曝光:在美国树林砍柴烤肉,美国豪宅尽显气派

54岁“武松”丁海峰曝光:在美国树林砍柴烤肉,美国豪宅尽显气派

黄律议法
2024-03-23 17:50:03
小米汽车SU7标准版21.59万

小米汽车SU7标准版21.59万

鞭牛士
2024-03-28 20:52:14
南通禁售冥币纸扎新进展!多方批判,政府释疑,省里回复来了

南通禁售冥币纸扎新进展!多方批判,政府释疑,省里回复来了

小李子体育
2024-03-28 09:38:05
坑惨国人的四个“伪豪车”,国外当草国人当宝,二手车贩避之不及

坑惨国人的四个“伪豪车”,国外当草国人当宝,二手车贩避之不及

通文知史
2024-03-28 08:00:06
小米汽车家用充电桩售价3999元起

小米汽车家用充电桩售价3999元起

界面新闻
2024-03-28 20:28:04
浙粤比赛3消息:球迷代表表态,徐杰伤情大反转,杜锋目标10连胜

浙粤比赛3消息:球迷代表表态,徐杰伤情大反转,杜锋目标10连胜

体育咆哮君
2024-03-28 12:30:03
行拘!郑州京广隧道的案子破了!

行拘!郑州京广隧道的案子破了!

河南交通广播1041
2024-03-28 12:32:08
突传噩耗!58岁港星黎明诗去世,曾与成龙利智合作,公开承认出柜

突传噩耗!58岁港星黎明诗去世,曾与成龙利智合作,公开承认出柜

180°视角
2024-03-28 14:01:39
徐杰受伤时北京球迷还在谩骂,胡明轩:输二十分了嘴闭不上

徐杰受伤时北京球迷还在谩骂,胡明轩:输二十分了嘴闭不上

懂球帝
2024-03-28 14:19:12
2024-03-28 22:44:49
澎湃新闻
澎湃新闻
专注时政与思想的新闻平台。
679083文章数 5022844关注度
往期回顾 全部

科技要闻

小米SU7起价21.59万元,顶配版29.99万元

头条要闻

新西兰称中国需尊重该国加入"奥库斯"权利 外交部回应

头条要闻

新西兰称中国需尊重该国加入"奥库斯"权利 外交部回应

体育要闻

疯狂的格林,冲刺的火箭

娱乐要闻

莱昂纳多与25岁新女友互相投喂超恩爱

财经要闻

中国版QE要来?国内外机构观点罕见一致

汽车要闻

混动增程双模式 长安UNI-Z售11.79万起

态度原创

房产
教育
时尚
手机
本地

房产要闻

炸裂!新政出台,这里安居房货量近100万㎡,均价最低到6000+!

教育要闻

初中数学:代数式的值怎么求?用完全平方公式很容易,一定要学会

外套+阔腿裤=稳赢忽冷忽热的春天!

手机要闻

小米 14/Pro 系列手机推出小米汽车 SU7 同款限定色

本地新闻

专访|张伟潮:最年轻的龙头专职制造者

无障碍浏览 进入关怀版