近年來的氣候變遷導致沙質沙漠等乾旱地區擴大，成爲農作物生產效率降低的主要原因，也引發了人們的擔憂：能否生產和確保足夠的糧食來供養全球持續增長的人口。爲此，日本宇都宮大學等組成的一個國際聯合研發小組，着眼於與抗旱性有關的脫落酸（ABA）接受者，透過使小麥的植物活體內大量產生這種蛋白質，成功開發了能在抑制耗水量的同時實施穀物生產的節水抗旱小麥品種。在因降水量少而難以耕作的乾旱地區和經常發生旱情的地區，這項研究成果有望成爲糧食生產的王牌。
高等植物中普遍存在ABA訊號通路（圖1），研發小組認爲，在抗旱性作物的開發中利用ABA接受者會有效果，因此就從小麥中分離出ABA接受者（TaPYL）基因，於全球首次成功開發出了可在細胞内大量積累（過表達）其接受者蛋白的小麥品種（命名爲TaPYLox）。爲了評估TaPYLox的抗旱性，研發小組透過多項實驗詳細調查了植物成長所需的耗水量和種產量，明確了其生理特徵。
圖1：ABA訊號通路
停止澆灌TaPYLox，使其處於缺水狀態時，發現TaPYLox與同預期一樣顯示出了抗旱性（圖2），而且這個性質是透過抑制葉子的蒸發散量實施的。同時，TaPYLox的光合作用量與普通小麥相同，由此得出了一個令人喫驚的結果，即單位耗水量的光合作用效率約增加了15％（圖3）。
圖2：TaPYLox的抗旱性試驗
圖3：光合作用的節水性
實驗應答，TaPYLox具有以低耗水量高效率進行光合作用的特性。另外，在種產量方面，TaPYLox儘管抑制了耗水量，但最終收穫的種產量和種成分與普通小麥相同。如果按1升耗水量換算，生產的種量增加了35％（圖4）。接下來，研發小組使用少量的水耕育TaPYLox，TaPYLox在種形成時期也沒有枯萎，順利結出種，種產量及種的形狀和成分與澆灌足夠的水分時相同，普通小麥如果澆灌如此少量的水，結穗時會出現異常（圖5）。
圖4：種產量的節水性
圖5：乾旱環境下的栽培試驗
以上結果證明，TaPYLox擁有節水抗旱能力，可以充分節現象約耗水量，在乾旱環境或者用水受限的地區也能維持種的生產能力，生產出高品質的種。
文 JST客觀日本編輯部
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