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如上图所示，小麦是世界上产量第二高的谷类作物，也是面包、意大利面和许多其他食品的基本成分。根据美国宇航局的说法，种植小麦的理想温度在 70 华氏度到 75 华氏度之间变化，但有些品种，如冬小麦，可以在低至 40 华氏度的温度下生长。但是，当温度超过90华氏度时，热应激会导致严重的产量损失。南达科他州立大学的一个研究小组打算通过编辑小麦品种的遗传密码来解决这个问题，使它们更能耐热应激。

由李万龙教授领导的南达科他州立大学研究人员团队获得了美国农业部国家食品和农业研究所的资助，以修改小麦植物的遗传密码，使其更能耐热应激。

小麦是世界上产量第二大的谷物作物，也是面包、意大利面、比萨饼、啤酒、早餐麦片和许多其他食品的基本成分。南达科他州在美国小麦总产量中发挥着关键作用，2023 年产量超过 6000 万蒲式耳，价值约 50 亿美元。

根据美国宇航局的说法，种植小麦的理想温度在 70 华氏度到 75 华氏度之间变化，但有些品种，如冬小麦，可以在低至 40 华氏度的温度下生长。但是，当温度超过90华氏度时，热应激会导致严重的产量损失。这是一个日益令人担忧的问题，因为面对气候变化，“世界小麦篮子”——即北美大平原——预计将出现更频繁的热浪和更高的夏季平均气温。

研究人员担心，这些气候变化可能导致未来小麦产量下降，威胁全球粮食安全和区域农业经济。南达科他州立大学的一个研究小组打算通过编辑小麦品种的遗传密码来解决这个问题，使它们更能耐热应激。

“我们的目标是通过精确的基因组编辑技术提高小麦的耐热性，”该项目的主要研究员、SDSU生物学和微生物学系教授Wanlong Li说。

这项工作由美国农业部国家粮食和农业研究所提供的 270,244 美元赠款资助。
 

李万龙教授
 

需要耐热的小麦品种，但小麦的耐热性育种受到复杂的遗传机制的阻碍。传统的植物育种方法也可能需要几十年的时间才能成功引入新的或改进的性状，如耐热性。植物基因组编辑技术是一种工具，允许研究人员以有效的方式添加、删除或改变基因组中的DNA。通过这项先进技术，可以在短短几年内引入新的性状，而不是几十年。

李教授认为，一种很有前途的、最近出现的酶，Rubisco活化酶，可以增强小麦品种的耐热性和光合作用。为了验证他的理论，研究团队将利用一种名为“成簇规则间隔短回文重复序列（CRISPR）”的工具来精确编辑目标基因，从而产生将在各种温度和气候条件下进行测试的新型小麦植株。

“这些结果有望对小麦耐热性的提高产生积极影响，”李教授补充道。

“这个奖项将使李博士和他的团队能够研究基因改变，这些改变将增加Ruisco活化酶的热稳定性，Ruisco活化酶是一种与小麦和其他植物物种的耐热性有关的酶，”SDSU生物学和微生物学系主任Jeremy Chambers说。“他的团队将使用先进的基因编辑技术，通过调整最佳温度来维持小麦健康，以应对温暖的作物季节。

这个为期两年的项目名为“TARCA2的精确编辑以增强小麦的耐热性”，其影响可能远远超出南达科他州的边界。粮食不安全是一个国际问题，随着人口的增加和气温的上升，确保小麦等基本谷类作物能够在不断变化的气候条件下生长是全球优先事项。

“我迫不及待地想看到这项工作对我们南达科他州及其他地区的农业社区和经济的影响，”钱伯斯补充道。