两人联手，继《Science》后，又发表《Nature》，找到增强水稻环境适应性的“金钥匙”！
学术
2025-02-06 00:00
英国
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2025年1月30日，上海交通大学林尤舜研究团队与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合作在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)上发表题为“Fine-tuning gibberellin improves rice alkali-thermal tolerance and yield”的研究论文。该研究提出了一个新颖的观点：通过精确调整赤霉素至最佳中等水平，可以同时增强水稻对碱性和热胁迫的耐受性，并提升其产量。研究还发现了一个名为ATT2的基因，有望成为“后绿色革命”的关键基因，因为它能够帮助将赤霉素调节至最佳水平，从而进一步提高半矮秆绿色革命水稻品种的抗逆性和产量。这也是2022年该合作研究团队继成功挖掘出耐热TT3分子遗传模块，在国际顶级学术期刊Science发表题为A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance的研究论文之后，在作物抵抗非生物胁迫研究领域取得的又一项重大进展。![]()
这项成果对于应对全球气候变化带来的粮食安全挑战尤为重要，特别是在盐碱地利用和农业可持续发展方面具有重大意义。回顾历史，上世纪60年代的绿色革命通过调控赤霉素浓度实现了作物半矮化，提高了谷物产量。然而，随着气候变暖加剧了土地盐碱化，传统绿色革命品种面临新的环境适应性问题。因此，寻找并改良耐盐碱、耐热的基因，成为了保障未来粮食安全的关键。在本研究中，科研人员通过对超过3万株水稻进行大规模筛选和表型分析，最终定位并克隆了两个重要的QTLs基因——ATT1和ATT2。这两个基因编码GA20氧化酶，参与活性赤霉素的合成过程。研究揭示了在不同浓度的活性赤霉素下，SLR1蛋白积累的变化及其对过氧化物酶活性和活性氧清除酶基因表达的影响，进而影响水稻对碱性和热胁迫的反应。研究表明，在中等浓度的活性赤霉素条件下，水稻表现出最强的碱-热胁迫抗性和最高的产量。图1. 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。值得注意的是，由于ATT2功能较弱，它更适合通过生物工程技术来实现对赤霉素的精准调控，从而进一步提高半矮秆绿色革命水稻品种的抗逆性和产量。此外，研究还发现，在正常田间环境下维持中等浓度的活性赤霉素可显著增加水稻产量；而在盐碱或高温条件下，通过提高ATT2的表达量或外源施加适量赤霉素，也可以显著提升产量。图2. 精确调控赤霉素水平同时提高籽粒产量和抗逆性的模型。综上所述，这一研究成果不仅发现了调控水稻抗逆性和产量的新机制，还提出了一种通过优化赤霉素水平减轻环境压力对作物产量影响的新方法。这些发现为开发高产、高抗性的新作物品种提供了理论依据，同时也为盐碱地的有效利用和农业可持续发展开辟了新的路径。图3. 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）。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。该中心的单军祥正高级工程师、叶汪薇高级实验师和董乃乾副研究员等参与了该项研究工作。该工作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。![]()
