上海科学家找到植物抗高温基因

上海科学家找到植物抗高温基因

——相关研究论文在线发表于《自然·生物技术》

面对高温的威胁，动物们可以选择躲到阴凉的环境中，而高明如人类已经能通过空调这样的机器人造出一片舒适的清凉。但是，你们有没有考虑过植物的感受！当曝晒在阳光之下，这些不能挪窝的生物们该怎么办？好吧，不用杞人忧天，植物们自有生存的诀窍。

中科院上海生科院植物生理生态研究所何祖华研究员领衔的研究团队发现，当植物体内一个个叫ERECTA（简称ER）的基因突然决定“发奋图强”时，这株植物就好像被施加了一个抗热能力瞬间提升N倍的BUFF，即使面对《魔兽世界》中的炎魔之王拉格纳罗斯也能毫无畏惧（要击败这个BOSS，必须给游戏人物加上抗火属性）。

由于植物中ER基因是普遍存在的，因此，这一发现为育种科学家们培育出抗高温的水稻、番茄、玉米等农作物和园林植物提供了一个前景广阔的技术手段。相关研究论文8月17日在线发表于《自然·生物技术》上。

转ER基因植物不畏高温

ER基因那么牛，究竟是何方神圣？其实，它是科学家们从模式生物拟南芥（植物界中的小白鼠）中分离出来的一种类受体激酶基因。10多年前，科学家们已经发现ER基因能够调控植物叶片气孔的发育，与植物的光合作用有些密切的关系。

何祖华的研究团队首次将ER基因与植物抗热性联系在一起。他们发现，ER基因表达水平的提升，可以大大提高转基因植物的抗热性。当研究人员把拟南芥的ER基因转移到水稻和番茄后，这两种植物不仅能忍受比原先高得多的温度，还能在高温下开花结果。“番茄原本产自温带，在上海的高温下常常不能结果。”何祖华说，“然而，转入ER基因的番茄，即使是在实验室楼顶40多度的艳阳之下，依然不会被热死。”除了上海，研究人员还在武汉等地进行了实验，发现“炙烤模式”中的转ER基因番茄毫无压力。更让研究人员眼睛一亮的是，ER基因的抗热性与植物的气孔发育、水分蒸腾作用无关，而ER蛋白水平的提升增强了植物水分利用效率和抗旱性。

对于ER基因抗热性的研究，又引出了另一个重大发现：ER基因是通过一种新的细胞保护机制，调控逆境下的细胞死亡。在极端高温下，植物细胞尽管躲在由细胞壁组成的“铜墙铁壁”之后，却依然需要ER基因出手相助。此时，由ER基因生成的ER蛋白，能保持逆境下植物细胞膜的完整性，使得细胞不易死亡，从而提高了转基因植物的抗性。

在单子叶和双子叶中都有效

夏季高温导致水稻结实率下降、番茄枯死。研究团队发现，ER基因无论是在单子叶粮食作物水稻还是双子叶经济作物番茄中也都具有相同的抗高温功能。

对ERECTA基因在水稻中的同源基因OsER1的研究中发现，缺失OsER1基因的水稻在高温环境下结实率降低。并且，对于不同来源的番茄品种的同源基因SlER表达水平也存在明显差异，表达水平高的品种在抗高温的能力上较强，说明了ERECTA基因无论是在单子叶植物还是在双子叶植物的进化上都具有很高的保守性。

从多点多季节的田间试验中，研究表明转基因水稻和番茄可以显著提高在高温下的结实率和成活率，尤其重要的是这些转基因植株的细胞增多增大，导致器官与生物量的增大，表现出了产量上的优势。

能否直接利用水稻本身ER基因而提高目前种植的水稻品种的抗高温性能？何祖华认为，可以在水稻品种中选择OsER1基因表达量高的品种，通过常规杂交和分子选择选育新的抗高温优良品种。

《上海科技报》 2015年8月21日 A3

作者：耿挺