【人民日报】高温致作物减产有解？我科学家发现首个潜在作物高温感受器
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2022-06-17 | 【】 【】
全球气候变暖趋势加剧，高温胁迫成为制约世界粮食生产安全的主要胁迫因子之一。据报道，平均气温每升高1℃，会造成水稻、小麦、玉米等粮食作物3%—8%左右的减产。因此，挖掘高温抗性基因资源、阐明高温抗性分子机制以及培育抗高温作物新品种，成为当前亟待攻克的重大课题。一直以来，通过正向遗传学方法挖掘控制高温抗性的数量性状基因位点难度大、具有挑战性。
多年来，中科院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究团队一直在潜心攻关这一难题。6月17日，林鸿宣研究团队和上海交通大学林尤舜研究团队合作在国际顶尖学术期刊《科学》上发表论文《一个基因座位上的遗传模块保护叶绿体增强水稻抗热性》。该研究成果不仅首次揭示了在一个控制水稻数量性状的基因位点（tt3）中存在由两个拮抗的基因tt3.1和tt3.2组成的遗传模块调控水稻高温抗性的新机制和叶绿体蛋白降解新机制，同时发现了第一个潜在的作物高温感受器。
据介绍，该研究团队耗时近10年，终于成功分离克隆了水稻高温抗性新基因位点tt3，并且阐明了其调控高温抗性的新机制。这是研究团队继成功发掘水稻高温抗性新基因位点tt1 和tt2之后，取得的又一重大进展。
林鸿宣院士介绍，通过对大规模水稻遗传群体进行交换个体筛选和耐热表型鉴定，定位克隆到一个控制水稻高温抗性的基因位点tt3。来自非洲栽培稻的tt3基因位点相较于来自亚洲栽培稻的tt3基因位点具有更强的高温抗性。通过进一步的研究发现，tt3基因位点中存在两个拮抗调控水稻高温抗性的基因tt3.1和tt3.2，这为揭示复杂数量性状的分子调控机制提供了新的视角。
研究团队通过转基因方法进一步验证tt3.1和tt3.2的高温抗性效果，结果表明在高温胁迫下，过量表达tt3.1或敲除tt3.2也能够带来2.5倍以上的增产效果。而在正常田间条件下，它们对产量性状没有负面的影响。此外，由于tt3.1和tt3.2在多种作物中具有保守性，因此它们为作物抗高温育种提供了珍贵的基因资源，具有广泛应用前景和商业价值。
研究团队在机制上的研究发现，tt3.1可能是一个潜在的高温感受器，同时也阐明了叶绿体蛋白降解的新机制。该研究发现的tt3.1-tt3.2遗传模块首次将植物细胞质膜与叶绿体之间的高温响应信号联系起来，揭示了崭新的植物响应极端高温的分子机制。
据预测，到2040年，高温将使全球粮食减产30%—40%。同时，随着人口持续增加，粮食需求也将倍增，对未来农业发展势必带来巨大挑战。借助分子生物技术方法将该研究发掘的抗高温新基因tt3.1/tt3.2应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高温育种改良中，提高不同作物品种的高温抗性，维持其在极端高温下的产量稳定性，对于有效应对全球气候变暖引发的粮食安全问题具有重要意义。
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