973首席科学家何祖华Nature子刊揭示耐热基因

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员在新研究中证实，过表达类受体激酶ERECTA可以改善水稻和番茄的耐热性。这项重要的研究发布在8月17日的自然生物技术（Nature Biotechnology）杂志上。

中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所学术委员会副主任、国家973项目首席科学家何祖华（Zuhua He）研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究方向为：植物抗病信号转导、功能基因和信号途径互作。

全球气候变化带来的频繁高温胁迫是植物面临的主要非生物胁迫之一，严重影响了植物的生长发育和作物产量，是持续农业所面临的紧迫问题（延伸阅读：中国学者最新Nature Genetics取得功能基因组学新成果 ）。据估计，在干旱期局部夜间温度每升高1 °C，水稻产量便可减少10%，全球变暖对其他的主要粮食作物包括小麦、玉米和大麦等的生产也造成了负面影响。2013年夏天中国东部的热量对农作物造成了毁灭性的影响。植物通过重新设定它们的生长和发育来响应温度变化，尽管近年来在遗传改造植物提高它们对热应激的耐受力方面取得了一些进展，这些研究都主要局限于模式植物拟南芥。

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ERECTA是从拟南芥中分离得到的一个富含亮氨酸重复序列的类受体激酶基因。它是被研究的最多的类受体激酶之一。已有研究发现，ERECTA在拟南芥中表达的变化不仅可以改变叶、花器官的形态和气孔的分布模式，而且还可以改变蒸腾效率；另外，它还影响了拟南芥对细菌和真菌的抗性。此外，ERECTA基因还与激素信号通路和光信号通路有着紧密的联系，还影响了许多金属元素在拟南芥中的累积。ERECTA基因的这些表现显示了它在植物遗传育种方面的应用潜力。

在这篇文章中研究人员证实，在拟南芥、水稻和番茄中过表达拟南芥ERECTA可增强这些作物耐热性，拟南芥ERECTA突变株对热非常敏感。水稻ERECTA同系物发生功能丧失性突变，及减少番茄ERECTA等位基因表达均可降低这两个物种的耐热性。研究人员证实在多个季节及中国的多个地点，过表达拟南芥ERECTA的转基因番茄和水稻品系在室温及田地测试中均显示耐热力提高。此外，过表达ERECTA的转基因拟南芥、番茄和水稻的生物量均增加。

新研究结果有可能促成工程改造或培育出耐高温胁迫的作物品种。

（生物通：何嫱）

作者简介：

何祖华

1993-1996 浙江大学（原浙江农业大学）生物技术研究所植物分子生物学和植物病理学博士，副教授； 1997-1998 美国加州Salk研究所植物细胞和分子生物学实验室博士后； 1999-2000 加大Davis分校植物病理系博士后； 2000，12－至今 获中国科学院引进国外人才计划资助，国家杰出青年基金获得者。任中国科学院上海植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室研究员，博导。兼上海市第十一届政协委员，科技部中-韩生命科学合作中心主任（2001－2006），中国植物生理学会秘书长,上海市植物生理学会常务副理事长等职。主要研究方向为：植物抗病信号转导、功能基因和信号途径互作。主要从事研究模式植物（水稻和拟南芥）抗病调控基因的克隆与信号转导；研究水稻对稻瘟病白叶枯病的抗病信号途径；植物抗病反应（SA途径）与发育（GA和auxin）信号的cross-talk；水稻重要农艺性状功能基因组学；植物新的GA途径与性状发育的调控。并致力于广谱抗病和高产水稻资源的创造，重点是聚合超高产新性状，在高产品种的模型上，通过转基因或分子辅助育种改良抗稻瘟病和白叶枯病等。研究主要涉及分子遗传、细胞和生物化学与生物信息学。

生物通推荐原文摘要：

Overexpression of receptor-like kinase ERECTA improves thermotolerance in rice and tomato

The detrimental effects of global warming on crop productivity threaten to reduce the world's food supply1, 2, 3. Although plant responses to changes in temperature have been studied4, genetic modification of crops to improve thermotolerance has had little success to date. Here we demonstrate that overexpression of the Arabidopsis thaliana receptor-like kinase ERECTA (ER) in Arabidopsis, rice and tomato confers thermotolerance independent of water loss and that Arabidopsis er mutants are hypersensitive to heat. A loss-of-function mutation of a rice ER homolog and reduced expression of a tomato ER allele decreased thermotolerance of both species. Transgenic tomato and rice lines overexpressing Arabidopsis ER showed improved heat tolerance in the greenhouse and in field tests at multiple locations in China during several seasons. Moreover, ER-overexpressing transgenic Arabidopsis, tomato and rice plants had increased biomass. Our findings could contribute to engineering or breeding thermotolerant crops with no growth penalty.