走過(guò)令人欣喜的小滿(mǎn)，走過(guò)忙忙碌碌的芒種，沒(méi)想到在夏至已至、小暑未來(lái)的節氣里，各地高溫提早上線(xiàn)，尤其是河南、河北、山東部分地區的孩子們，最近還好嘛？其實(shí)，不僅是我們國家，近期全球多國如巴基斯坦、印度、澳大利亞、美國、法國、歐洲也是???熱???熱???熱???啊，很多地區還出現了破歷史的高溫！
我們人類(lèi)可以躲在陰涼地方避暑，那么對于那些無(wú)法移動(dòng)的植物，它們又是如何應對高溫的呢？
首先，我們明確一下高溫的定義。不同的植物對同一溫度范圍的反應并不同，絕大多數高等植物在10-30℃范圍內可正常生長(cháng)，以擬南芥生長(cháng)來(lái)舉例說(shuō)明，22-27℃為溫暖環(huán)境，27-37℃為高溫，37-42℃為極高溫度。
再來(lái)了解一下高溫對植物生長(cháng)發(fā)育及信號傳導的影響（圖1）。
那么，植物是如何緩解高溫帶來(lái)的損傷呢？目前主要有兩種機制，泛素-蛋白酶體系統（圖2A）和葉綠體響應（圖2B）。
文獻解讀
2022年6月17日，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心林?zhù)櫺芯繄F隊與上海交通大學(xué)林尤舜研究團隊合作在Science期刊上發(fā)表題為A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance的研究論文。該文章發(fā)現了植物中一種新的耐高溫機制，想知道該機制是什么嗎？下面就和伯小遠一起去了解一下這個(gè)機制，然后順便學(xué)習一下這篇頂刊文章的研究思路和實(shí)驗方法吧！
研究物種及品種：
水稻（Oryza sativa）：非洲栽培稻CG14（O. glaberrima）、亞洲栽培稻W(wǎng)ujunjing（WYJ，O. sativa japonica）
研究背景：
在植物中，目前還未鑒定出任何抵抗極端高溫的溫度感受器。
一句話(huà)總結該文獻講了啥：
該研究不僅首次揭示了在一個(gè)控制水稻耐熱復雜數量性狀的基因位點(diǎn)（TT3）中存在由兩個(gè)拮抗的基因（TT3.1和TT3.2）組成的遺傳模塊調控水稻高溫抗性的新機制和葉綠體蛋白降解新機制，同時(shí)發(fā)現了第一個(gè)潛在的作物高溫感受器。
做了哪些實(shí)驗：
01鑒定耐熱相關(guān)QTL位點(diǎn)
實(shí)驗方法及結果：
——構建遺傳材料、耐熱表型鑒定
定位克隆到一個(gè)控制水稻高溫抗性的新QTL位點(diǎn)TT3（圖3）。
——基因敲除實(shí)驗、耐熱表型鑒定
鑒定出TT3位點(diǎn)內的LOC_Os03g49900（命名為T(mén)T3.1）和LOC_Os03g49940（命名為T(mén)T3.2）是與高溫抗性相關(guān)的基因（圖4C）。
——基因過(guò)表達及基因敲除實(shí)驗、耐熱表型鑒定
鑒定出TT3.1是一個(gè)對耐熱性正向調控的因子，而TT3.2正好相反（圖4D-N）。
——雙敲實(shí)驗、耐熱表型鑒定
TT3.1位于TT3.2信號通路的上游（圖4O、P）。
實(shí)驗結論：TT3位點(diǎn)被鑒定為與水稻耐高溫性狀有關(guān)。
02分析目的基因的序列
實(shí)驗方法及結果：
——蛋白序列比對、啟動(dòng)子序列及順式元件比對（圖5、6）
TT3.1和TT3.2在許多單子葉植物中保守。
03研究TT3位點(diǎn)對產(chǎn)量的影響
實(shí)驗方法及結果：
——近等基因系材料的大田產(chǎn)量實(shí)驗（圖7A、B），過(guò)表達株系、基因敲除株系的大田產(chǎn)量實(shí)驗（圖8A-C）
TT3位點(diǎn)帶來(lái)的耐熱性并未影響植株的產(chǎn)量性狀。
——近等基因系材料在正?；蚋邷貤l件下的大田產(chǎn)量變化實(shí)驗（圖7C-P）
TT3CG14基因比TT3WYJ基因更能提高植株耐熱性。
——過(guò)表達TT3.1CG14株系、tt3.2突變體在正?；蚋邷貤l件下的大田產(chǎn)量變化實(shí)驗（圖8D-G）、花粉育性實(shí)驗（圖8H-J）
高溫條件下，過(guò)量表達TT3.1或敲除TT3.2能夠帶來(lái)增產(chǎn)效果。
實(shí)驗結論：TT3位點(diǎn)增強了水稻在生殖生長(cháng)階段的耐熱性。
04研究TT3.1和TT3.2在亞細胞器層面的定位情況
實(shí)驗方法及結果：
——亞細胞定位實(shí)驗
實(shí)驗結果：TT3.1定位于細胞質(zhì)膜和多囊泡體（圖9），TT3.2定位于葉綠體和多囊泡體（圖10），高溫會(huì )促使TT3.1從細胞質(zhì)膜轉移至多囊泡體中，隨后胞質(zhì)中的葉綠體前體蛋白TT3.2被TT3.1招募進(jìn)入多囊泡體（圖11）。
實(shí)驗結論：高溫促使TT3.1和TT3.2轉移至多囊泡體。
05研究TT3.1和TT3.2蛋白的轉移
實(shí)驗方法及結果：
——免疫電鏡實(shí)驗
實(shí)驗結果：高溫導致葉綠體類(lèi)囊體膜上的TT3.2顯著(zhù)性減少，多囊泡體上的TT3.2顯著(zhù)性增加（圖12）；高溫導致細胞質(zhì)膜上的TT3.1顯著(zhù)性減少，多囊泡體上的TT3.1顯著(zhù)性增加（圖13）；高溫使TT3.1從細胞表面轉移至多囊泡體中，隨后胞質(zhì)中的葉綠體前體蛋白TT3.2被TT3.1招募進(jìn)入多囊泡體（圖14）。
實(shí)驗結論：高溫促使TT3.1轉移并造成了TT3.2的轉移。
06研究TT3.1的泛素化作用
實(shí)驗方法及結果：
——泛素化蛋白實(shí)驗、酵母雙雜實(shí)驗、熒光素酶報告基因實(shí)驗、Western blot實(shí)驗、耐熱表型鑒定
實(shí)驗結果：TT3.1是一種E3泛素連接酶（圖15），TT3.1和TT3.2存在相互作用（圖16），TT3.1可在體外實(shí)驗（圖17）和體內實(shí)驗（圖18）泛素化降解TT3.2，而且TT3.1CG14對TT3.2的降解效率比TT3.1WYJ高（圖18）。
實(shí)驗結論：TT3.1可泛素化降解TT3.2蛋白。
07研究TT3.2與光系統復合物的關(guān)系
實(shí)驗方法及結果：
——透射電鏡實(shí)驗、BN-PAGE、Western blot實(shí)驗
實(shí)驗結果：高溫使NIL-TT3WYJ、tt3.1突變體的葉綠體的基質(zhì)片層出現了扭曲和受損（圖19），在葉綠體定位的TT3.2蛋白對PSII和類(lèi)囊體有害，而TT3.1可在高溫下通過(guò)介導對葉綠體前體蛋白TT3.2的降解來(lái)維持葉綠體的穩定性（圖20、21）。
實(shí)驗結論：TT3.2的降解使類(lèi)囊體免受高溫損傷。
08信號通路總結
研究思路總結：
鑒定耐熱相關(guān)QTL
構建遺傳材料
克隆到一個(gè)控制水稻高溫抗性的新QTL位點(diǎn)
基因過(guò)表達及基因敲除實(shí)驗
鑒定出QTL位點(diǎn)內的A和B是與高溫抗性相關(guān)的基因
A是一個(gè)對耐熱性正向調控的因子，而B(niǎo)正好相反
A在材料X和材料Y中有一個(gè)氨基酸不同
雙敲實(shí)驗
A位于B信號通路的上游
蛋白序列比對、啟動(dòng)子序列及順式元件比對
A和B在許多單子葉植物中保守
近等基因系材料、過(guò)表達株系、基因敲除株系的大田產(chǎn)量實(shí)驗
高溫條件下，過(guò)量表達A或敲除B能夠帶來(lái)增產(chǎn)效果
AX基因比AY基因更能提高植株耐熱性
亞細胞定位實(shí)驗
高溫促使A和B轉移至多囊泡體
免疫電鏡實(shí)驗
高溫使A從細胞表面轉移至多囊泡體中，隨后胞質(zhì)中的葉綠體前體蛋白B被A招募進(jìn)入多囊泡體
酵母雙雜實(shí)驗、熒光素酶報告基因實(shí)驗
證明A與B相互作用
泛素化蛋白實(shí)驗、Western blot實(shí)驗
A是一種E3泛素連接酶
A可泛素化降解B，而且AX對B的降解效率比AY高
透射電鏡實(shí)驗、BN-PAGE、Western blot實(shí)驗
B的降解使葉綠體類(lèi)囊體免受高溫損傷
信號通路總結
References：
DesaintH, Aoun N, Deslandes L, Vailleau F, Roux F, Berthomé R. Fight hard or die trying: when plants face pathogens under heat stress.New Phytol. 2021;229(2):712-734. doi:10.1111/nph.16965Zhang H, Zhou JF, Kan Y, et al. A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance.Science. 2022;376(6599):1293-1300. doi:10.1126/science.abo5721Xu, Fa-Qing, and Hong-Wei Xue. The ubiquitin-proteasome system in plant responses to environments.Plant, cell & environmentvol. 42,10 (2019): 2931-2944. doi:10.1111/pce.13633Hu, Shanshan et al. Sensitivity and Responses of Chloroplasts to Heat Stress in Plants.Frontiers in plant sciencevol. 11 375. 2 Apr. 2020, doi:10.3389/fpls.2020.00375
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