研究发现水稻、小麦收获前发芽的遗传解决方案

2022 年 11 月 26 日,中国东部江苏省南​​京市江宁区收割水稻。/CFP

2022 年 11 月 26 日,中国东部江苏省南​​京市江宁区收割水稻。/CFP

一项新的中国科学研究发现了两种负责控制种子休眠的作物基因的组合,可用于减少水稻和小麦等作物收获前发芽 (PHS) 的代价高昂的现象。

种子休眠是植物重要的生存工具,使它们能够在恶劣的天气条件下生存。 但过度休眠可能会缩短栽培时间,因此许多农民喜欢种植低休眠品种的水稻和小麦,以求播种后出苗率高。

这种做法会导致 PHS,这是一个世界性的生产问题,在这种情况下,谷物在收获时间之前以及通常在潮湿天气期间在母株上发芽,严重降低谷物产量和质量。

2020年中国不同省份的水稻收获前发芽情况。/IGDB

2020年中国不同省份的水稻收获前发芽情况。/IGDB

2020年中国不同省份的水稻收获前发芽情况。/IGDB

中国科学院遗传与发育生物学研究所(IGDB)的研究人员鉴定出两个基因,即 SD6 和 ICE2,它们共同作用以控制种子休眠,并具有降低水稻和小麦 PHS 的巨大潜力。

他们发现 SD6 及其相互作用伙伴 ICE2 可以通过调节植物激素来拮抗控制水稻种子休眠。 具体来说,SD6可以促进分解代谢激素的表达,抑制合成代谢激素的表达,而ICE2则相反。

在这项研究中,当种子处于室温时,SD6 会上调以触发种子发芽。 然而,在低温下,SD6 被下调,但 ICE2 被上调以保持种子休眠。

研究人员对三种水稻品种的 SD6 进行了编辑,发现编辑该基因可能是提高水稻 PHS 耐受性的一种快速且有用的策略。 然后他们编辑了一个小麦品种的基因,表明这对 PHS 具有类似的抵抗力。

提出的SD6/ICE2分子模块在水稻和小麦中的工作模型及应用。  /IGDB

提出的SD6/ICE2分子模块在水稻和小麦中的工作模型及应用。 /IGDB

提出的SD6/ICE2分子模块在水稻和小麦中的工作模型及应用。 /IGDB

研究结果周一发表在《自然遗传学》杂志上。

首席研究员楚成才说,这些发现对于避免巨大的农业损失和确保粮食安全至关重要。 他以中国为例,称小灵通在该国南部的收获季节破坏了约 6% 的常规水稻种植面积和 20% 的杂交水稻种植面积。

研究人员表示,全球气候变化加剧了这一问题,他说,近年来,长江中下游地区的许多小麦和水稻种植区受灾频率更高。

这项新研究是中国加强研究以确保粮食安全的最新例证。 科学家认为,这两个基因的发现可以帮助农作物种子克服自然季节变化,确保成功繁殖。

来源:新华社