近些年来,持续的高温胁迫和作物病害等已经造成了我国农业生产的严重损失。所以,发掘抗逆基因资源,进而培育抗逆农作物新品种,具有重要战略意义。但由于植物抗逆是一个复杂性状,而且抗逆性状的增强往往伴随植物生长不正常,因此之前很少有作物既抗逆又高产的育种成功例子。何祖华课题组一直从事作物抗病抗逆和高产的研究。经过长期努力攻关,发现植物界的“小白鼠”——拟南芥中,有一个名叫ERECTA(简称“ER”)的基因,颇为与众不同。即使遭遇40℃的极端高温,依然可以支撑拟南芥青葱翠绿,甚至还能开花结果。
“研究表明,该基因与蛋白表达水平的提高,增强了植物水分利用效率和抗旱性,主要是因为通过一种新的细胞保护机制,调控逆境下的细胞死亡。”何祖华解释说,这种新的细胞保护机理就是,ER基因能够显著增强逆境下细胞膜的完整性,使得高温天下的植物细胞不易死亡,从而提高植物的抗性。而且,ER基因并不是拟南芥独有的“抗热秘笈”,其同源基因在绝大多数农作物中普遍存在。
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都具有相同的抗高温功能。更有趣的是,研究人员发现ER基因在水稻中的“孪生基因”突变后,水稻就失去了高温下授粉结实的能力,结实率大大下降。这说明,水稻的ER“孪生基因”也促进水稻抗高温能力,且显著提高了稻穗在酷暑中的结实率和成活率。而在不同来源的番茄品种中,ER基因的“番茄家族”同样表现出两全其美的优秀特质——产量和抗逆性“双优”。“这个研究成果为作物、园林植物等抗性育种提供了一个重要的技术手段。接下来,希望能和众多农作物育种专家合作,在大田间代代选育出充分发扬‘ER基因’的农作物,抗旱高产两不误。”何祖华说。