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全球气温上升已经造成可可，啤酒花等多种农作物的减产，据统计气温上升 2 摄氏度 (oC) 将导致平均农作物损失大幅增加 3% 至 13%。此外，高温还会导致农作物质量的降低，如番茄落花落果、品质低下，水稻秃尖、瘪壳等。种植能够适应气温变化的作物变得越来越重要。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所许操团队通过一种自主改造的先导编辑器为作物安装“温度感应器”，
培育的作物新种质在正常农业生产条件下大幅增产，在高温逆境下保持稳产且品质不变。
相关研究发表在Cell上。
根据植物生理学经典理论——“源库”理论，植物体内光合产物从“源”器官（如叶片）向“库”器官（如根、茎、果实、种子）输送和分配。而高温等作物生长逆境会抑制这一过程，从而导致落花落果、籽粒空瘪等问题，造成农业减产。
如果在作物调控‘源-库’关系的关键枢纽基因中安装‘温度感应器’，就会赋予作物实时感应温度变化进而自动优化‘源-库’分配的能力，从而培育出环境智能型高产稳产作物。
研究团队利用自主改造的先导编辑工具，将一个10 bp的热响应元件（heat-shock element，HSE）精准敲入番茄内源细胞壁蔗糖转化酶CWIN基因LIN5的启动子靶向区。
这种修改增强了基因在高温下的表达，并减少了高温下水果的糖分缺乏。在不同季节和地点（包括温室和露天田地）进行的测试表明，在正常条件下，该策略可使番茄产量提高 14% 至 47%，在高温下可使番茄产量提高 26% 至 33%，并可防止 56% 至 100% 的热导致产量损失。水稻在正常条件下产量提高7％至13％，在高温胁迫下可使水稻产量提高25％，减轻41％的高温造成的产量损失。
除了先导编辑之外，研究人员开发的ROCS环境智能育种全新策略还包括顺式调控元件筛选、靶向位点选择、瞬时表达验证、种质测产与性状评价等一系列方法，这种高产稳产快速育种技术体系在不同作物中通用，并且首次在主要粮食和蔬菜作物中同时实现了“顺境增产，逆境稳产”环境智能型作物种质的快速创制，开启了环境智能型（Climate-smart）高产稳产作物设计的新时代。
[1] https://borneobulletin.com.bn/chinese-scientists-pioneer-climate-smart-crop-breeding-to-combat-global-warming/
[2] https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01321-7
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