水稻是地球半数以上人口的主粮,而全球遭到高温威胁的水稻栽种面积达6000万亩。气温每上升1摄氏度,水稻产量就可能下降10%。受到高温日逐年增多的极端天气影响,未来数十年世界粮食将面临减产30%,而粮食需求则可能翻番。2013年夏,上海松江农场的水稻结实率就因酷暑不到10%,几近绝收。
在中科院上海生科院植物生理生态研究所,植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣院士领衔的研究团队,历时7年,终于取得重要进展,从数百个初选基因中锁定一个小小片段,第一次从作物中成功克隆了控制高温抗性的数量性状基因位点,将其命名为“高温抗性1号基因(TT1)”。相关研究成果刚刚在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然遗传学》。
非洲稻尽管亩产远不及亚洲稻,却有很多抗热、抗旱、抗盐等抗逆基因。团队中博士生厉新民等研究发现,这个来源于非洲稻的基因片段可在高温来临时,在几小时内快速启动响应机制。在高温条件下,通过杂交导入这一基因的水稻产量大大高于对照组,抽穗期产量达4倍,灌浆期产量达2倍多。
林鸿宣透露,这项研究通过多年田间杂交,已将非洲稻中抗高温能力很强的TT1基因导入我国栽培水稻品种,申请了基因专利,并形成稳定携带该基因的水稻品系。他表示,这样育种专家就能直接将本地各个水稻品种与之杂交,培育短短几代后,即可申请新品种。
掌握这种“不怕热”的基因资源后,他们还探讨了TT1在草坪草种和十字花科等植物中的“战高温”效果,结果显示均有加强高温耐受性的“功能”。这也提示,TT1在小麦、玉米等禾本科,以及大白菜、青菜等十字花科的抗高温育种中具有广泛的应用潜力。