科技日报记者 陆成宽
种子何时苏醒？科学家找到关键“调控开关”，未来作物休眠期或可人工设计。记者15日从中国科学院青藏高原研究所获悉，该所科研人员联合多家单位组成国际团队，共同揭开了大麦种子休眠时间背后的遗传奥秘，为未来设计抗逆作物、保障全球粮食安全提供了重要科学依据。相关研究成果发表于《科学》杂志。
所谓种子休眠，是指种子在具备适宜的水分、温度和光照等发芽条件时，仍暂不萌发，直至环境真正安全后才开始生长的生物学特性。这一特性在农作物驯化过程中曾被广泛选择和改造。但它犹如一把“双刃剑”：休眠期过短，种子易在田间或穗上遇雨提前发芽，导致作物减产和品质下降；休眠期过长，又会耽误农时，影响下茬作物的播种与出苗整齐度。
在这项研究中，科研人员发现，一个名为MKK3的基因通过“拷贝数+激酶活性”双轮驱动，像“闹钟”一样精准控制大麦种子的休眠时间。“基因拷贝数越多，表达量越大，种子休眠性越弱；当氨基酸变异控制的激酶活性越强，种子休眠性越弱。二者协同作用，可实现对MKK3总体活性的精细调控，进而决定作物种子的休眠时间。”论文共同第一作者、中国科学院青藏高原研究所研究员王昱程解释。
基于这一机制，科研人员分析了全球1000多份大麦种子的MKK3基因发现，人类根据不同气候与农业需求，选择了不同的MKK3基因类型：东亚季风区偏好“低活性” MKK3类型以抗穗发芽；北欧啤酒大麦为酿造品质选择了“弱休眠” 的MKK3，再辅以农艺手段避灾；在气候严酷的青藏高原，青稞则演化出全球“最高活性”的MKK3，种子几乎不休眠、萌发最快。
“这把基因变异、气候变化和人类饮食文化写进同一本史册。”王昱程说，“更令人兴奋的是，该成果为粮食抗逆育种提供了可操作的分子模块，MKK3的双重调控机制可直接用于分子育种，通过‘拷贝数的增减’或‘单碱基编辑’即可微调种子休眠期，进而控制种子的休眠与发芽，为当前全球气候变化条件下的农业可持续发展提供支撑。”
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