助力應對氣候與糧食挑戰！我國科學家破解大麥種子休眠關鍵機制

據中國科學院青藏高原研究所消息，該所古生態與人類適應團隊聯合全球數十家科研機構，破解了大麥種子休眠的關鍵機制，為通過基因組設計育種、構建可持續的高性能農業體系提供了可能，也為應對未來極端氣候變化與人口爆發性增長帶來的糧食安全挑戰提供了新途徑。該成果近日在國際學術期刊《科學》發表。

種子休眠，是指種子在適宜發芽的條件下仍“按兵不動”，直到環境真正安全才“啟動”發芽，是農作物在馴化過程中被深刻改造的關鍵性狀之一。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芽，降低產量和品質；休眠時間太長，則會影響復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致的大麥穗上發芽現象

研究發現，一個名為MKK3的基因通過“拷貝數+激酶活性”雙輪驅動，塑造了大麥在全球不同氣候區的休眠節律。大麥種質基因組中控制種子休眠性狀基因MKK3雙重調控大麥種子休眠時間，即MKK3存在1至15個不等的串聯重復拷貝，同時攜帶T260、Q165等關鍵氨基酸變體。基因拷貝數越多，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。二者協同作用，可實現對MKK3總體活性的精細調控，進而決定作物種子的休眠特性。

通過對全球1000多份大麥種質的基因分析，團隊重構了MKK3的演化歷史，發現氣候和農業需求是人類選擇MKK3類型的指揮棒。在東亞季風區，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，為滿足啤酒釀造對麥芽快速、均勻發芽的需求，穩定保留了“弱休眠性模式”，并結合農藝措施規避風險；而在青藏高原，為適應高寒氣候與提前收獲的種植傳統，裸大麥（青稞）擁有全球最強的MKK3活性，確保種子在嚴苛環境中仍能迅速萌發。

“這是把基因變異、氣候變化和人類飲食文化寫進同一史冊。”論文共同第一作者王昱程說，“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的雙重調控機制可直接用于分子育種，通過‘拷貝數增減’或‘單堿基編輯’即可微調種子休眠期，進而控制種子的休眠與發芽，為當前全球氣候變化條件下的農業可持續發展提供支撐。”

編輯｜李紫來審核｜趙允

來源｜央視新聞客戶端