段天峰水稻是最重要的主食作物之一，世界上一半以上的人口赖以生存，其最适生长温度是 25~30°C 。但随着全球变暖和极端天气事件的增加，经过基因编辑的作物可以抗倒伏，但很少能够在高温和干旱共同造成的热应激中存活下来。

　　水稻的耐热性状是一种数量性状，有多个基因相互作用。植物有多种机制专门用于保护其免受高温，但细胞如何感知高温并在内部传达等相关信息仍不清楚。

　　据研究表明，平均温度每升高 1℃ ，会对水稻、小麦、玉米等粮食作物造成 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是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。

　　据悉，团队首次发现了在一个调控水稻数量性状基因位点（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。通过杂交回交方法把高温抗性强的非洲栽培稻 TT3 基因位点导入到亚洲栽培稻中，培育成了新的抗热品系即近等基因系 NIL-TT3CG14 ，在抽穗和灌浆期的田间高温条件下，可增产 20％。

　　▲图 TT3.1-TT3.2 遗传模块调控抗热与产量平衡的分子机理（来源：上述论文）

　　具体来说，研究团队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（CG14）的 TT3 基因位点相较于来自亚洲栽培稻（WYJ）的 TT3 基因位点具有更强的高温抗性。

　　进一步研究发现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，研究发现细胞质膜定位的 TT3.1 在高温诱导下能够发生其蛋白定位的改变，从细胞表面转移至多囊泡体中，招募并泛素化细胞质中的 TT3. 2 叶绿体前体蛋白、通过多囊泡体-液泡途径降解，从而导致进入叶绿体的成熟态 TT3.2 蛋白的量减少，减轻在热胁迫下 TT3.2 积累所造成的叶绿体损伤，实现在高温胁迫下对叶绿体的保护，从而提高水稻的高温抗性。这些结果表明 TT3.1 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。研究团队通过多代杂交回交方法把高温抗性强的非洲栽培稻 TT3 基因位点导入到亚洲栽培稻中，培育成了新的抗热品系即近等基因系 NIL-TT3CG14，在抽穗期和灌浆期的高温处理条件下，NIL-TT3CG14 的增产效果是对照品系 NIL-TT3WYJ 的 1 倍左右，同时田间高温胁迫下的小区增产达到约 20％。

　　通过转基因方法进一步验证表明，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。由于 TT3.1 和 TT3.2 在多种作物中具有保守性，借助分子生物技术方法将该研究发掘的抗高温新基因应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高温育种改良，可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。

　　据悉，该研究进行了大约 7 年，加上遗传材料构建，耗时近 10 年。研究人员计划继续鉴定耐热基因并开发遗传资源以整合到作物育种中。“我们已经确定的基因在玉米和小麦等其他主要作物中是保守的，这些基因是培育高耐热胁迫作物以解决全球变暖引起的粮食安全问题的宝贵资源。”林鸿宣表示。