人民日报北京12月16日电（记者赵竹青）当前，全球人口增长和气候变化导致的异常天气事件日益频繁，给现代农业带来新的挑战。统计数据显示，世界各地每年都会因穗发芽导致农作物减产甚至损失，直接经济损失达数十亿美元，而且随着极端天气事件的增多，这种趋势只会愈演愈烈。中国科学院青藏高原研究所古生态与人类适应团队与丹麦嘉士伯研究所、法国塞科布拉研究所、英国剑桥大学、丹麦哥本哈根大学等全球数十家主要科研机构合作，探究大麦种子“休眠”多久谁说了算。最近发表在《科学》杂志上的研究结果提供了建造的可能性通过工程遗传改良建立可持续、高产的农业系统，以及解决未来极端气候变化和人口爆炸性增长带来的粮食安全挑战的新方法。
种子休眠是指种子在适合发芽的条件下保持“休眠”状态，直到环境真正安全后才“开始”发芽。这是作物的重要特性之一，在驯化过程中已发生显着改变。然而，种子休眠是一把双刃剑。如果休眠时间太短，成熟的种子在持续下雨的情况下会在穗部过早发芽，从而降低性能和品质。休眠时间过长会影响移栽时机和出苗均匀度。
研究发现，一种名为 MKK3 的基因通过两轮驱动塑造了世界不同气候带中大麦的休眠节律：拷贝数加激酶作用活性。论文通讯作者、丹麦嘉士伯研究所谷物育种与性状发育研究中心主任Christoph Docter博士表示，大麦种质基因组中的MKK3（丝裂原激活蛋白激酶激酶3）基因双重调控大麦种子的休眠时间：MKK3有1至15个串联重复拷贝，同时还具有T260和Q165。它具有重要的氨基酸变异体，如基因拷贝数越多，表达水平越高，种子休眠性越弱。氨基酸突变控制的激酶活性越强，种子休眠性越弱。马苏。两者的协同作用可以精确控制 MKK3 的整体活性，从而决定作物种子的休眠特性。
结合研究中发现的新机制，研究团队系统分析了1000多个大麦种子中MKK3的时空进化模式。研究人员在世界各地进行了研究，发现气候和农业需求是人类选择 MKK3 类型的驱动因素。在东亚季风地区，“低活性模式”的MKK3休眠期长，避免收获期湿热天气引起的穗萌发问题，受到青睐。即使在北欧潮湿的亚北极麦芽地区，古代维京人仍然选择了“弱潜伏模式”来保持稳定。种子的作用只是为了使麦芽快速均匀地发芽，赋予啤酒良好的酿造品质，然后通过早期收获和烟熏干燥等农艺技术避免豆荚发芽的风险。而青藏高原上，裸青稞（青稞）选择了世界上“最活跃的活动方式”。经过长期育种，青稞的MKK3活性几乎是世界上最强的，表现出最弱的休眠活性和最强的种子萌发活性。应对青藏高原特别是山区的极端气候。由于小麦收获季节（9月至10月）反复出现低温胁迫，该地区开发出了独特的适应性耕作方法。换句话说，小麦在完全成熟之前收获，并进行收获后的风干、烘烤和磨粉等处理，以便更容易储存和冬季食用。这种对种子休眠特性的极端选择，使得预收获的种子在播种后能够迅速激活，以适应青藏高原的恶劣环境，并确保大多数种子发芽。
“这将遗传变异、气候变化和人类饮食文化放在同一本历史书中，”共同资深作者、中国科学院青藏高原研究所研究员王玉成说。 “更有趣的是，这一结果为免疫学提供了功能分子模块。MKK3的双重调控机制可直接用于分子改良，可通过“拷贝数增减”或“单核苷酸编辑”进行调节，从而控制种子休眠和萌发，有助于应对当前全球气候变化。我们支持动态条件下可持续农业的发展。
（责任编辑：赵竹清、卢倩）
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