中新網北京12月15日電 (記者 孫自法)中國科學家聯(lián)合全球數(shù)十家科研機構的合作者研究發(fā)現(xiàn)，一個名為MKK3的基因通過“拷貝數(shù)+激酶活性”雙輪驅動，塑造了大麥在全球不同氣候區(qū)的休眠節(jié)律，其中，青藏高原上，青稞(裸大麥)擁有全球幾乎最強的MKK3活性。

　　這項成功破解大麥種子休眠機制的重要研究成果，為通過基因組設計育種、構建可持續(xù)的高性能農業(yè)體系帶來可能，也為應對未來極端氣候變化與人口爆發(fā)性增長導致的糧食安全挑戰(zhàn)提供了新途徑。

　　中國科學院青藏高原研究所12月15日向媒體發(fā)布信息說，MKK3“鬧鐘”雙輪驅動大麥種子休眠的相關研究論文，由該所古生態(tài)與人類適應團隊聯(lián)合丹麥嘉士伯研究實驗室、法國Secobra研究所、英國劍橋大學、丹麥哥本哈根大學等合作完成，近日在國際學術期刊《科學》發(fā)表。

　　研究團隊介紹說，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(fā)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。

　　論文通訊作者、丹麥嘉士伯研究實驗室谷物育種與性狀開發(fā)研究中心主任克里斯托夫·多克特博士指出，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。當基因拷貝數(shù)越多，表達量越大，種子休眠性越弱；當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總體活性的精細調控，進而決定作物種子的休眠特性。

　　研究團隊進一步系統(tǒng)解析全球1000余份大麥種子MKK3的時空演化格局發(fā)現(xiàn)，氣候和農業(yè)需求是人類選擇MKK3類型的“指揮棒”：東亞季風區(qū)偏愛“低活性模式”MKK3，休眠期長，可避開收獲季節(jié)濕熱氣候導致的穗發(fā)芽問題；北歐啤酒大麥即便在潮濕亞極地地區(qū)，古維京人仍選擇并穩(wěn)定“弱休眠性模式”種子，只為麥芽快速均勻萌發(fā)，并賦予啤酒卓越的釀造品質，再通過提前收獲、煙熏干燥等農藝技術規(guī)避穗發(fā)芽風險；在青藏高原，青稞選擇了全球“最高活性模式”。經過長期選育，青稞擁有全球幾乎最強的MKK3活性，表現(xiàn)出最弱的休眠性和最強的種子萌發(fā)活性。

　　針對青藏高原的極端氣候，尤其是高海拔地區(qū)大麥收獲期(9月-10月)頻發(fā)的低溫脅迫，當?shù)匦纬瑟毺氐倪m應性農藝實踐，即在籽粒未完全成熟時即進行收獲，其后通過自然風干與焙炒、研磨等采后處理，使其便于冬季儲存與食用。這種極端的種子休眠性狀選擇，可以確保提前收獲的種子在播種后能迅速激活以適應青藏高原嚴苛環(huán)境，確保大部分籽粒萌發(fā)。

　　“這是把基因變異、氣候變化和人類飲食文化寫進同一本史冊。”論文共同第一作者、中國科學院青藏高原研究所王昱程研究員表示，本項研究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(shù)的增減”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(fā)芽，為當前全球氣候變化條件下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。(完)