广东
1月30日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士研究团队与上海交通大学林尤舜研究团队合作在国际权威学术期刊《自然》(Nature）上发表题为“Fine-tuning gibberellin improves rice alkali-thermal tolerance and yield（微调赤霉素可提高水稻耐碱性及产量）”的研究论文。
该成果首次提出了一个新概念，即精准调控植物激素赤霉素到最佳中等水平是同时提高水稻碱-热抗性和产量的关键。科学家们还发现一个长期以来被忽视的、具有潜力成为“后绿色革命”基因的ATT2，它可以微调赤霉素到最佳中等水平，从而有望进一步提高半矮秆绿色革命水稻品种的碱-热抗性和产量。这些新发现为应对全球气候变暖引发的粮食安全问题提供了新策略，对盐碱地的开发利用和未来农业的可持续发展具有重要意义。
论文发表页面截图。
20世纪60年代开始，育种家通过绿色革命基因—Sd1(Semi-dwarf1)、Rht-1(Reduced height-1)对谷类作物赤霉素浓度或信号的调控，从而实现水稻和小麦的半矮化育种，增强抗倒伏性。因此在大量施用化肥条件下，谷物产量大幅度提高，引发了农业“绿色革命”。半矮秆绿色革命品种在过去几十年里在全球广泛种植，在一定程度上确保了全球粮食安全，然而它们的环境适应性相对较低。由于温室气体排放，全球环境正面临着严峻挑战，比如全球气候变暖、引发极端高温天气、加剧耕地盐碱化等，导致作物大面积减产。因此，迫切需要挖掘作物中耐盐碱、耐热基因，开发集强抗逆和高产于一体的新型绿色革命作物品种，以满足在气候变化的大环境下未来人口增长对粮食更大的需求，这对于保障我国粮食安全具有重要的意义。
我国研究团队经过6年多的努力，成功分离克隆了水稻碱-热抗性基因ATT1、ATT2，阐明了它们调控耐盐碱、耐热的新机制，并且为解决半矮秆绿色革命主栽品种的抗逆性与产量互相拮抗的瓶颈问题提出了新方案。
在上海松江农场，PH值达9的高碱性土壤中种植的水稻生长情况，含中等浓度活性赤霉素的水稻株系其耐碱性较强（右边）。受访者供图。
研究发现了两个水稻耐碱-热基因—ATT1和ATT2是一对编码GA20氧化酶的同源基因，通过控制赤霉素（GA）的合成，调控SLR1（DELLA）蛋白的丰度来影响活性氧（ROS）的累积和耐碱、耐热基因的组蛋白H3K27三甲基化(H3K27me3)修饰水平，以响应碱-热胁迫。
该研究发现，在正常条件下，适当提高半矮秆绿色革命水稻品种的赤霉素含量到最佳中等水平，可以进一步提高产量；而在逆境胁迫条件下，会导致水稻的内源活性赤霉素水平降低，通过精准调控水稻品种的活性赤霉素水平到中等水平，可以最大程度地减少环境胁迫带来的产量损失。
精准调控赤霉素显著增加水稻正常条件、碱胁迫和高温胁迫下的水稻产量。受访者供图
这些方法有望在水稻、小麦、玉米等主粮作物的育种改良中发挥重要作用，不仅可以提高作物的抗逆性，维持其在盐碱、高温等不利环境下的产量稳定，还可以在正常田间条件下进一步提高谷物产量。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心已毕业博士研究生郭双琴（上海交通大学博士后）和博士研究生陈亚鑫为本文第一作者，林鸿宣研究员和上海交通大学林尤舜副教授为本文通讯作者。研究得到了农业生物育种国家科技重大专项、国家基金委基础科学中心项目、国家重点研发项目、上海交通大学“2030”项目、上海市现代种业协同创新中心、岭南现代农业广东省实验室等的资助。
来源丨中国青年报客户端
编辑丨农财君
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