这一发现为培育更耐温的小麦带来了希望

基因编辑技术帮助确定了一种耐温因素，可以保护小麦免受气候变化日益不可预测的挑战。约翰·英尼斯中心格雷厄姆·摩尔教授小组的研究人员在观察暴露于高温或低温的植物中小麦生育力的实验中发现了这一发现。论文“DMC1 在小麦减数分裂过程中高温和低温下稳定交叉”发表在《植物科学前沿》上。

小麦的育性和产量很大程度上受温度的影响，特别是在减数分裂的初始阶段，此时来自亲本细胞的染色体交叉并配对，为下一代产生种子。

小麦减数分裂在 17°C 至 23°C 之间的温度下最有效地发挥作用。众所周知，正在发育的小麦不能很好地应对高温，并且在夏季低温下也可能会失败。

如果我们要培育未来适应气候变化的作物，那么识别有助于在最佳温度之外稳定小麦肥力的遗传因素至关重要。

先前的研究表明，主要的减数分裂基因DMC1可能是在低温和高温下保持小麦减数分裂的候选基因。

约翰·英尼斯中心的研究人员利用基因编辑技术从多种中国春小麦中删除了DMC1，然后进行了一系列对照实验，观察不同温度对突变植株减数分裂的影响。

实验显示，大约一周后，基因编辑的突变植物在13°C的温度下生长时受到显着影响，95%的植物表现出交叉数量减少。

在温度范围的另一端，与对照植物相比，在 30° 下生长的小麦植物也显示出交叉数量减少。

结果证实了这样的假设：DMC1 负责在低温下以及较小程度上在高温下保存减数分裂交叉。

鉴于交叉的减少对粮食产量有显着影响，这些结果对面对气候变化的小麦育种者具有重要意义。

摩尔教授说：“通过基因编辑，我们已经能够在小麦中分离出一个关键的耐温基因。在气候变化正在挑战我们主要作物的种植方式之际，它为寻找有价值的新性状提供了乐观的理由。”

这项研究的下一阶段是寻找可为小麦提供更大保护的 DMC1 变异，并研究小麦中该基因的剂量和表达水平如何影响对更广泛温度变化的保护。

西班牙科尔多瓦正在进行耐温试验，那里的气温经常为 30-40°C，对小麦的肥力和产量构成威胁。

该研究还强调，DMC1 是一个高度保守的基因，控制着小麦和整个植物界(包括其他主要作物)的温度耐受性。

本研究引用的先前针对日本蝾螈的研究也表明，温度低于 13° 时，繁殖力会受到影响，并且温度影响与 DMC1 活性有关。

这项研究是继约翰·英尼斯中心的 Moore 小组早期取得的突破之后，他们发现了负责正确染色体配对和保持小麦产量的小麦基因 (ZIP4)，但该基因也通过抑制小麦野生近缘种的有益新性状的引入，从而阻碍了引入。染色体交换。

利用基因编辑技术，研究人员分离了 ZIP4 的双重功能，使其既能保持产量，又能使小麦更容易与野生近缘种杂交。这可能有助于优良品种的遗传多样性，包括耐热性和抗病性等特性。

摩尔教授补充道，“气候变化可能对减数分裂产生负面影响，从而对小麦肥力和最终作物产量产生负面影响，因此筛选种质库以确定耐热基因型是未来作物改良的重中之重。”