近年来的气候变化导致沙漠等干旱地区扩大，成为农作物生产效率降低的主要原因，也引发了人们的担忧：能否生产和确保足够的粮食来供养全球持续增长的人口。为此，日本宇都宫大学等组成的一个国际联合研发小组，着眼于与抗旱性有关的脱落酸（ABA）受体，通过使小麦的植物体内大量产生这种蛋白质，成功开发了能在抑制耗水量的同时实现谷物生产的节水抗旱小麦品种。在因降水量少而难以耕作的干旱地区和经常发生旱情的地区，这项研究成果有望成为粮食生产的王牌。
高等植物中普遍存在ABA信号通路（图1），研发小组认为，在抗旱性作物的开发中利用ABA受体会有效果，因此就从小麦中分离出ABA受体（TaPYL）基因，于全球首次成功开发出了可在细胞内大量积累（过表达）其受体蛋白的小麦品种（命名为TaPYLox）。为了评估TaPYLox的抗旱性，研发小组通过多项实验详细调查了植物生长所需的耗水量和种子产量，明确了其生理特征。
图1：ABA信号通路
停止浇灌TaPYLox，使其处于缺水状态时，发现TaPYLox与同预期一样显示出了抗旱性（图2），而且这个性质是通过抑制叶子的蒸散量实现的。同时，TaPYLox的光合作用量与普通小麦相同，由此得出了一个令人吃惊的结果，即单位耗水量的光合作用效率约增加了15％（图3）。
图2：TaPYLox的抗旱性试验
图3：光合作用的节水性
实验确认，TaPYLox具有以低耗水量高效率进行光合作用的特性。另外，在种子产量方面，TaPYLox尽管抑制了耗水量，但最终收获的种子产量和种子成分与普通小麦相同。如果按1升耗水量换算，生产的种子量增加了35％（图4）。接下来，研发小组使用少量的水培育TaPYLox，TaPYLox在种子形成时期也没有枯萎，顺利结出种子，种子产量及种子的形状和成分与浇灌足够的水分时相同，普通小麦如果浇灌如此少量的水，结穗时会出现异常（图5）。
图4：种子产量的节水性
图5：干旱环境下的栽培试验
以上结果证明，TaPYLox拥有节水抗旱能力，可以充分节约耗水量，在干旱环境或者用水受限的地区也能维持种子的生产能力，生产出高品质的种子。
文 JST客观日本编辑部
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