科學(xué)家破解大麥種子休眠關(guān)鍵機(jī)制 助力應(yīng)對氣候與糧食挑戰(zhàn)

記者從中國科學(xué)院青藏高原研究所獲悉，該所古生態(tài)與人類適應(yīng)團(tuán)隊聯(lián)合全球數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)，破解了大麥種子休眠的關(guān)鍵機(jī)制，為通過基因組設(shè)計育種、構(gòu)建可持續(xù)的高性能農(nóng)業(yè)體系提供了可能，也為應(yīng)對未來極端氣候變化與人口爆發(fā)性增長帶來的糧食安全挑戰(zhàn)提供了新途徑。該成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

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(nóng)作物在馴化過程中被深刻改造的關(guān)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(chǎn)量和品質(zhì)；

• 休眠時間太長，則會影響復(fù)種時機(jī)和出苗整齊度。

研究發(fā)現(xiàn)，一個名為MKK3的基因通過兩方面因素：基因的拷貝數(shù)與氨基酸變異控制的激酶活性，塑造了大麥在全球不同氣候區(qū)的休眠節(jié)律。研究團(tuán)隊系統(tǒng)解析了全球1000余份大麥種子MKK3的時空演化格局，發(fā)現(xiàn)氣候和農(nóng)業(yè)需求是人類選擇MKK3類型的指揮棒。

• 東亞季風(fēng)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?qū)е碌乃氚l(fā)芽問題；

• 而在青藏高原，裸大麥（青稞）選擇了全球“最高活性模式”。

經(jīng)過長期選育，青稞擁有全球幾乎最強(qiáng)的MKK3活性，表現(xiàn)出最弱的休眠性和最強(qiáng)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?zhǔn)斋@期（9至10月）頻發(fā)的低溫問題，當(dāng)?shù)匦纬闪霜毺氐倪m應(yīng)性農(nóng)藝實踐，即在籽粒未完全成熟時即進(jìn)行收獲，其后通過自然風(fēng)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(yīng)青藏高原嚴(yán)苛環(huán)境，確保大部分籽粒萌發(fā)。

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(diào)控機(jī)制可直接用于分子育種，為當(dāng)前全球氣候變化條件下的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。