據(jù)中國科學(xué)院青藏高原研究所消息，該所古生態(tài)與人類適應(yīng)團隊聯(lián)合全球數(shù)十家科研機構(gòu)，破解了大麥種子休眠的關(guān)鍵機制，為通過基因組設(shè)計育種、構(gòu)建可持續(xù)的高性能農(nóng)業(yè)體系提供了可能，也為應(yīng)對未來極端氣候變化與人口爆發(fā)性增長帶來的糧食安全挑戰(zhàn)提供了新途徑。該成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

種子休眠，是指種子在適宜發(fā)芽的條件下仍“按兵不動”，直到環(huán)境真正安全才“啟動”發(fā)芽，是農(nóng)作物在馴化過程中被深刻改造的關(guān)鍵性狀之一。然而，種子休眠是一把“雙刃劍”：

休眠時間太短，成熟種子遇連陰雨易在穗上提前發(fā)芽，降低產(chǎn)量和品質(zhì)；休眠時間太長，則會影響復(fù)種時機和出苗整齊度。

▲高MKK3激酶活性影響下種子短休眠時間導(dǎo)致的大麥穗上發(fā)芽現(xiàn)象

研究發(fā)現(xiàn)，一個名為MKK3的基因通過“拷貝數(shù)+激酶活性”雙輪驅(qū)動，塑造了大麥在全球不同氣候區(qū)的休眠節(jié)律。大麥種質(zhì)基因組中控制種子休眠性狀基因MKK3雙重調(diào)控大麥種子休眠時間，即MKK3存在1至15個不等的串聯(lián)重復(fù)拷貝，同時攜帶T260、Q165等關(guān)鍵氨基酸變體?；蚩截悢?shù)越多，表達量越大，種子休眠性越弱；氨基酸變異控制的激酶活性越強，種子休眠性越弱。二者協(xié)同作用，可實現(xiàn)對MKK3總體活性的精細調(diào)控，進而決定作物種子的休眠特性。

通過對全球1000多份大麥種質(zhì)的基因分析，團隊重構(gòu)了MKK3的演化歷史，發(fā)現(xiàn)氣候和農(nóng)業(yè)需求是人類選擇MKK3類型的指揮棒。在東亞季風(fēng)區(qū)，為避開采收期濕熱天氣，人類選擇了休眠期長的“低活性模式”；在北歐地區(qū)，為滿足啤酒釀造對麥芽快速、均勻發(fā)芽的需求，穩(wěn)定保留了“弱休眠性模式”，并結(jié)合農(nóng)藝措施規(guī)避風(fēng)險；而在青藏高原，為適應(yīng)高寒氣候與提前收獲的種植傳統(tǒng)，裸大麥（青稞）擁有全球最強的MKK3活性，確保種子在嚴苛環(huán)境中仍能迅速萌發(fā)。

“這是把基因變異、氣候變化和人類飲食文化寫進同一史冊?！闭撐墓餐谝蛔髡咄蹶懦陶f，“更令人興奮的是，該成果為糧食抗逆育種提供了可操作的分子模塊，MKK3的雙重調(diào)控機制可直接用于分子育種，通過‘拷貝數(shù)增減’或‘單堿基編輯’即可微調(diào)種子休眠期，進而控制種子的休眠與發(fā)芽，為當(dāng)前全球氣候變化條件下的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐?！?/p>

編輯｜李紫來審核｜趙允

來源｜央視新聞客戶端