■本报记者 许琦敏
平均气温每升高1℃，水稻、小麦、玉米等粮食作物就会减产约3%-8%。面对气候变暖带来的高温胁迫，中国科学家历经近十年研究，首次揭示了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。国际著名学术期刊《科学》日前发表了该研究成果。利用这一发现，科学家已经培育出了水稻新品种，在超过38℃的高温下，大田中的耐热水稻品种产量较对照品种增加了20%。
这一研究成果由中科院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣与上海交通大学林尤舜的研究团队合作完成。从构建遗传材料，到分离克隆基因，研究团队耗时近十年，终于找到了水稻高温抗性新基因位点TT3，并阐明了其调控高温抗性的新机制。
随着全球气候变暖趋势加剧，高温胁迫成为影响世界粮食安全最主要的胁迫因子之一。据预测，至2040年，高温将使全球粮食减产30%-40%。因此，挖掘高温抗性基因资源、阐明高温抗性分子机制、培育抗高温作物新品种成为当前亟待攻克的重大课题。
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。这个来自非洲栽培稻(CG14)的基因位点，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。在高温胁迫下，TT3.1能够从细胞表面进入细胞内的多囊泡体中，招募TT3.2叶绿体前体蛋白进行降解，使成熟态TT3.2不会过多在叶绿体内积累，以保护叶绿体不受损伤，从而提高水稻的高温抗性。因此，过量表达TT3.1或敲除TT3.2，能够带来2.5倍以上的增产效果。
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，可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中，对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。
目前，研究团队已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，培育出了新的抗热品系。在抽穗期和灌浆期，经过38℃的高温胁迫处理，抗热新品系的增产效果是对照品系的一倍左右，同时田间高温胁迫下的种植区域增产达到约20%。