番茄是起源於溫帶的外來蔬果,在包括上海在內的南方地區通常無法安然度夏。但昨天,滬上科學家宣布找到了一種天然自帶的ER基因,ER基因表達量高的番茄相當於擁有「防曬霜」,可提高水分利用率,增強抗旱性。更喜人的是,以往研究發現,植物抵抗逆境的性狀加強,往往伴隨植物生長的不正常;ER基因卻是「抗逆、高產兩不誤」。
北京時間前天晚上,來自中科院上海生科院植物生理生態研究所的這項新成果,在國際頂級雜誌《自然·生物技術》在線發表。
ER基因廣泛存在於各種植物中,可改良不同作物如水稻、玉米、蔬菜等農作物,以及草坪或其他園林植物的抗熱性,還可促進其生長發育、改良產量性狀。
據了解,全球氣候變暖引發持續高溫,預計2020年世界主要農作物在栽培面積不變的情況下可能產量下降。比如水稻在夏季高溫期間,溫度每上升1攝氏度,就可能造成減產10%。上海生科院植物生理生態研究所研究員何祖華領銜研究團隊,常年致力於植物抗病抗逆研究,他們在極端高溫環境下培養形似薺菜的模式植物擬南芥,發現其中一種擬南芥生態類型不僅抗病並且特別耐熱,40攝氏度下竟成活2天,於是從中克隆出參與抗病抗高溫的一個數量性狀基因。
最初,何祖華等將這一ER基因轉入番茄,驗證了其對轉基因植物抗熱性的提升作用。之後,他們在百餘種番茄中篩選出4種,本身ER基因的表達量就較高,同時也更抗熱耐旱。究其機理,ER基因表達水平提高後,顯著增強了逆境下植物細胞膜的完整性,使細胞不易死亡。而每個細胞增多增大,組織器官與生物量也隨之增大,植株總體壯實,表現出產量優勢。這樣的「高ER番茄」,在實驗樓樓頂曝曬至45攝氏度也不會枯死。
經過上海、杭州、武漢等地連續3年的田間試驗,研究團隊還發現ER基因無論在雙子葉經濟作物番茄、還是在單子葉糧食作物水稻中,都具有相同的抗高溫功能,比如「高ER水稻」與對照組相比在高溫條件下的結實率提高,在長期高溫條件下可增重30%至50%。何祖華表示,這個研究成果提示,對於農作物,可通過自然選育,育出不怕熱、不怕曬的新品種;而對於園林植物,可通過轉基因手段強化其對於乾熱的抗性。