Science：水稻抗高溫基因研究取得新突破，這位畢業生是一作

隨著全球氣候變暖趨勢的加劇，極端高溫成為制約世界糧食生產安全的最為主要的脅迫因子之一。現如今情況因上?？茖W家的努力而有了不同——上科大特聘教授、中國科學院分子植物科學卓越創新中心林鴻宣研究團隊與上海交通大學林尤舜研究團隊合作挖掘了高溫抗性基因資源，探究了高溫抗性分子機制，培育了抗高溫作物品種。該重磅研究成果近日在國際頂尖學術期刊《科學》（Science）上發表。上?？萍即髮W和中科院分子植物科學卓越創新中心聯合培養2017級博士研究生張海為本文第一作者，他今年即將攜這份驚喜的“畢業禮物”迎來畢業季。

溫度是一個復雜的物理信號，植物面對環境溫度變化時，需要及時有效地將這一物理信號“解碼”成生物信號，從而實現對溫度脅迫的快速應答。目前鑒定到的植物溫度感受器多為調節植物在溫暖環境下的形態變化或發育轉換過程，關于植物抵抗極端高溫的溫度感受器還未曾被報道過。一直以來，通過正向遺傳學方法定位克隆高溫抗性相關復雜數量性狀基因位點（QTL）是一個具有挑戰性的課題。

為此，繼水稻高溫抗性因位點TT1和TT2被發現之后，團隊歷經整整7年的努力，成功分離克隆了水稻高溫抗性新基因位點TT3，并且闡明了其調控高溫抗性的新機制。如果加上遺傳材料構建所需的時間，研究已耗時近10年。

這是一項工程量巨大的工作——研究團隊通過對22762株水稻遺傳材料進行大規模交換個體篩選和耐熱表型鑒定，定位克隆到一個控制水稻高溫抗性的新QTL位點TT3。非洲栽培稻來源的TT3相較于亞洲栽培稻來源的TT3具有更強的高溫抗性。該研究發現的TT3.1-TT3.2遺傳模塊首次將植物細胞質膜與葉綠體之間的高溫響應信號聯系起來，揭示了全新的植物響應極端高溫的分子機制；在極端高溫下（42度），細胞質膜定位的TT3.1蛋白通過定位改變，感知溫度信號，并將高溫物理信號“解碼”成生物信號傳遞給葉綠體前體蛋白TT3.2，并通過不同于26S蛋白酶體降解途徑和葉綠體水解酶途徑的方式對葉綠體前體蛋白TT3.2進行液泡降解，從而在高溫下維持葉綠體的穩定性。因此該研究發現了TT3.1是一個潛在的高溫感受器，同時也揭示了葉綠體蛋白降解的新機制。此外，由于TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性，因而為應對全球氣候變暖引發的糧食安全問題提供了具有廣泛應用前景和商業價值的珍貴的抗高溫基因資源。值得一提的是，在論文評審過程中，審稿人均對該工作給予了高度評價，認為此研究帶來了非常有趣、重要的新見解。

在張海剛進入團隊選擇課題時，林鴻宣教授就引導張海接手水稻耐熱位點的定位克隆工作。因為高溫是一個復雜的物理信號，對于水稻的高溫耐受也沒有嚴格的界定標準，所以在課題初期，張海花了很長時間，對耐熱表型進行篩選。經過4年多上百次的鑒定，他終于鑒定到了能夠顯著提高水稻高溫抗性的數量性狀位點TT3，隨后又花了近3年時間對TT3位點的功能進行解析。“最終這項工作在畢業前夕以論文的形式被Science接收，給自己七年的碩博生涯遞交了一份滿意的答卷。”張海說。