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科学家发现抗高温基因 水稻“高温不死”还能增产

8月17日,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)子刊发表的一篇论文显示,中国科学家发现了一种新的植物抗高温基因。但有违“常理”的是,该基因除了能使作物抗高温,还能使其增产。这一研究论文的研究时间长达10年。

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17日晚,标题为《在水稻、番茄中过表达类激酶受体基因ERECTA会提高其抗热性》的论文,在线发表在国际顶级学术期刊《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上。


该论文显示,当高表达ERECTA基因(简称“ER基因”)时,水稻、番茄对高温抗性明显增强。基因高表达指的是经人为操控,该基因在细胞内多次发挥作用,超过原有水平。


何祖华是中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的研究员,他带领的研究团队与其他合作者完成了这一研究。


18日上午,何祖华告诉澎湃新闻(www.thepaper.com),ER基因高表达后,植物细胞像是涂了“防晒霜”,高温条件下,细胞的寿命延长了。他们还发现,这些抗逆植物生物量增加,增产潜力提高,而这有违“抗逆植物往往矮小”的“常理”。


“抗逆和产量往往二者不可兼得”,何祖华介绍说,过去,很多实验室的研究经验表明,植物抗性能力的提高,往往以牺牲产量为代价,抗高温能力是植物抗性的一种。


但令人惊喜的是,ER基因是个例外。它除了能增强植物的抗高温能力,“高温不死”,还增强了植物的生长量和抗旱能力,正常气温下,不减产,高温条件下,产量优势明显。


何祖华解释说,ER基因能促进植物细胞数量增多,细胞体积增大。8月份,正是水稻的抽穗期,高温天气,会造成大幅减产。但ER基因高表达的植株,不但不减产,还会增产。


在夏季,研究人员在武汉、上海等多地实验,温度高达40℃,普通番茄已经枯萎,但高表达ER基因的植株依然生命力顽强。


论文显示,“高温不死”的原因是,ER基因表达成的蛋白,能够使植物细胞即使在高温条件下也继续保持完整,存活率提高,但为什么能达到这一效果,机制尚不清楚。


此外,何祖华介绍说,实际上十几年前,ER基因已经被科学家发现,但一直不清楚它在植物逆境反应中的确切功能。他带领的团队,在研究不同生态类型的拟南芥时,发现了ER基因与植物抗高温能力的关系。


随后,研究人员以番茄和水稻为研究材料,在其中高表达拟南芥的ER基因,他们发现,实验材料抗高温的能力显著提高了。“花了三年的时间, 我们在国际上率先完成了这一实验,而这一实验结果,也说服了国际审稿人,论文才得以发表。”何祖华说。


目前,已有研究团队根据这一研究成果,开始在玉米、蔬菜等中寻找高表达ER基因的植株,以培育抗高温能力强的作物新品种。


但何祖华强调,除了ER基因,植物还有其他的抗高温基因,它们可能共同起作用。未来,研究人员希望找到天然高表达ER基因的植株,进行品种选育和研究。


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