平均氣溫每升高1℃，水稻、小麥、玉米等糧食作物就會(huì)減產(chǎn)約3-8%。面對(duì)氣候變暖帶來的高溫脅迫，中國科學(xué)家堅(jiān)持近十年，首次揭示了調(diào)控水稻高溫抗性的新機(jī)制和葉綠體蛋白降解新機(jī)制，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)潛在的作物高溫感受器。6月17日凌晨，國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該研究成果。

利用該發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家已經(jīng)培育出新品種，在超過38℃的高溫下，大田中的耐熱水稻品種產(chǎn)量較對(duì)照品種增加了20%。

完成這個(gè)發(fā)現(xiàn)的是中科院院士、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣和上海交通大學(xué)林尤舜的合作研究團(tuán)隊(duì)。從構(gòu)建遺傳材料，到分離克隆基因，該研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)近十年，終于找到了水稻高溫抗性新基因位點(diǎn)TT3，并且闡明了其調(diào)控高溫抗性的新機(jī)制。

隨著全球氣候變暖趨勢的加劇，高溫脅迫成為制約世界糧食生產(chǎn)安全的最為主要的脅迫因子之一。據(jù)預(yù)測，至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%-40%。因此，挖掘高溫抗性基因資源、闡明高溫抗性分子機(jī)制以及培育抗高溫作物新品種成為當(dāng)前亟待攻克的重大課題。

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)大規(guī)模水稻遺傳群體進(jìn)行交換個(gè)體篩選和耐熱表型鑒定，定位克隆到一個(gè)控制水稻高溫抗性的基因位點(diǎn)TT3。這個(gè)來自非洲栽培稻（CG14）的基因位點(diǎn)，相較于來自亞洲栽培稻（WYJ）的TT3基因位點(diǎn)具有更強(qiáng)的高溫抗性。

通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TT3基因位點(diǎn)中存在兩個(gè)拮抗調(diào)控水稻高溫抗性的基因TT3.1和TT3.2。在高溫脅迫下，TT3.1能夠從細(xì)胞表面進(jìn)入細(xì)胞里的多囊泡體中，招募TT3.2葉綠體前體蛋白進(jìn)行降解，使成熟態(tài)TT3.2不會(huì)過多在葉綠體內(nèi)積累，從而保護(hù)葉綠體不受損傷，從而提高水稻的高溫抗性。因此，過量表達(dá)TT3.1或敲除TT3.2，,能夠帶來2.5倍以上的增產(chǎn)效果。

“這說明，TT3.1可能是一個(gè)潛在的高溫感受器，同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)了葉綠體蛋白降解的新機(jī)制?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅锌圃悍肿又参镒吭絼?chuàng)新中心博士生張海為這個(gè)發(fā)現(xiàn)，整整投入了七年，終于在博士階段“啃”下了這塊分子植物領(lǐng)域的“硬骨頭”——他們發(fā)現(xiàn)的TT3.1-TT3.2遺傳模塊，首次將植物細(xì)胞質(zhì)膜與葉綠體之間的高溫響應(yīng)信號(hào)聯(lián)系起來，揭示了嶄新的植物響應(yīng)極端高溫的分子機(jī)制。

更可喜的是，在正常田間條件下，它們對(duì)產(chǎn)量性狀沒有負(fù)面的影響。此外，由于TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性，借助分子生物技術(shù)方法，可將該研究發(fā)掘的抗高溫新基因應(yīng)用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高溫育種改良中，對(duì)于有效應(yīng)對(duì)全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

目前，研究團(tuán)隊(duì)已把高溫抗性強(qiáng)的非洲栽培稻TT3基因位點(diǎn)導(dǎo)入到亞洲栽培稻中，培育出了新的抗熱品系。在抽穗期和灌漿期經(jīng)過38℃的高溫脅迫處理，抗熱新品系的增產(chǎn)效果是對(duì)照品系的一倍左右，同時(shí)田間高溫脅迫下的小區(qū)增產(chǎn)達(dá)到約20%。

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