走过令人欣喜的小满，走过忙忙碌碌的芒种，没想到在夏至已至、小暑未来的节气里，各地高温提早上线，尤其是河南、河北、山东部分地区的孩子们，最近还好嘛？其实，不仅是我们国家，近期全球多国如巴基斯坦、印度、澳大利亚、美国、法国、欧洲也是҉҉҈热҉҉҈热҉҉҈热҉҉҈啊，很多地区还出现了破历史的高温！
我们人类可以躲在阴凉地方避暑，那么对于那些无法移动的植物，它们又是如何应对高温的呢？
首先，我们明确一下高温的定义。不同的植物对同一温度范围的反应并不同，绝大多数高等植物在10-30℃范围内可正常生长，以拟南芥生长来举例说明，22-27℃为温暖环境，27-37℃为高温，37-42℃为极高温度。
再来了解一下高温对植物生长发育及信号传导的影响（图1）。
那么，植物是如何缓解高温带来的损伤呢？目前主要有两种机制，泛素-蛋白酶体系统（图2A）和叶绿体响应（图2B）。
文献解读
2022年6月17日，中科院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究团队与上海交通大学林尤舜研究团队合作在Science期刊上发表题为A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance的研究论文。该文章发现了植物中一种新的耐高温机制，想知道该机制是什么吗？下面就和伯小远一起去了解一下这个机制，然后顺便学习一下这篇顶刊文章的研究思路和实验方法吧！
研究物种及品种：
水稻（Oryza sativa）：非洲栽培稻CG14（O. glaberrima）、亚洲栽培稻Wujunjing（WYJ，O. sativa japonica）
研究背景：
在植物中，目前还未鉴定出任何抵抗极端高温的温度感受器。
一句话总结该文献讲了啥：
该研究不仅首次揭示了在一个控制水稻耐热复杂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。
做了哪些实验：
01鉴定耐热相关QTL位点
实验方法及结果：
——构建遗传材料、耐热表型鉴定
定位克隆到一个控制水稻高温抗性的新QTL位点TT3（图3）。
——基因敲除实验、耐热表型鉴定
鉴定出TT3位点内的LOC_Os03g49900（命名为TT3.1）和LOC_Os03g49940（命名为TT3.2）是与高温抗性相关的基因（图4C）。
——基因过表达及基因敲除实验、耐热表型鉴定
鉴定出TT3.1是一个对耐热性正向调控的因子，而TT3.2正好相反（图4D-N）。
——双敲实验、耐热表型鉴定
TT3.1位于TT3.2信号通路的上游（图4O、P）。
实验结论：TT3位点被鉴定为与水稻耐高温性状有关。
02分析目的基因的序列
实验方法及结果：
——蛋白序列比对、启动子序列及顺式元件比对（图5、6）
TT3.1和TT3.2在许多单子叶植物中保守。
03研究TT3位点对产量的影响
实验方法及结果：
——近等基因系材料的大田产量实验（图7A、B），过表达株系、基因敲除株系的大田产量实验（图8A-C）
TT3位点带来的耐热性并未影响植株的产量性状。
——近等基因系材料在正常或高温条件下的大田产量变化实验（图7C-P）
TT3CG14基因比TT3WYJ基因更能提高植株耐热性。
——过表达TT3.1CG14株系、tt3.2突变体在正常或高温条件下的大田产量变化实验（图8D-G）、花粉育性实验（图8H-J）
高温条件下，过量表达TT3.1或敲除TT3.2能够带来增产效果。
实验结论：TT3位点增强了水稻在生殖生长阶段的耐热性。
04研究TT3.1和TT3.2在亚细胞器层面的定位情况
实验方法及结果：
——亚细胞定位实验
实验结果：TT3.1定位于细胞质膜和多囊泡体（图9），TT3.2定位于叶绿体和多囊泡体（图10），高温会促使TT3.1从细胞质膜转移至多囊泡体中，随后胞质中的叶绿体前体蛋白TT3.2被TT3.1招募进入多囊泡体（图11）。
实验结论：高温促使TT3.1和TT3.2转移至多囊泡体。
05研究TT3.1和TT3.2蛋白的转移
实验方法及结果：
——免疫电镜实验
实验结果：高温导致叶绿体类囊体膜上的TT3.2显著性减少，多囊泡体上的TT3.2显著性增加（图12）；高温导致细胞质膜上的TT3.1显著性减少，多囊泡体上的TT3.1显著性增加（图13）；高温使TT3.1从细胞表面转移至多囊泡体中，随后胞质中的叶绿体前体蛋白TT3.2被TT3.1招募进入多囊泡体（图14）。
实验结论：高温促使TT3.1转移并造成了TT3.2的转移。
06研究TT3.1的泛素化作用
实验方法及结果：
——泛素化蛋白实验、酵母双杂实验、荧光素酶报告基因实验、Western blot实验、耐热表型鉴定
实验结果：TT3.1是一种E3泛素连接酶（图15），TT3.1和TT3.2存在相互作用（图16），TT3.1可在体外实验（图17）和体内实验（图18）泛素化降解TT3.2，而且TT3.1CG14对TT3.2的降解效率比TT3.1WYJ高（图18）。
实验结论：TT3.1可泛素化降解TT3.2蛋白。
07研究TT3.2与光系统复合物的关系
实验方法及结果：
——透射电镜实验、BN-PAGE、Western blot实验
实验结果：高温使NIL-TT3WYJ、tt3.1突变体的叶绿体的基质片层出现了扭曲和受损（图19），在叶绿体定位的TT3.2蛋白对PSII和类囊体有害，而TT3.1可在高温下通过介导对叶绿体前体蛋白TT3.2的降解来维持叶绿体的稳定性（图20、21）。
实验结论：TT3.2的降解使类囊体免受高温损伤。
08信号通路总结
研究思路总结：
鉴定耐热相关QTL
构建遗传材料
克隆到一个控制水稻高温抗性的新QTL位点
基因过表达及基因敲除实验
鉴定出QTL位点内的A和B是与高温抗性相关的基因
A是一个对耐热性正向调控的因子，而B正好相反
A在材料X和材料Y中有一个氨基酸不同
双敲实验
A位于B信号通路的上游
蛋白序列比对、启动子序列及顺式元件比对
A和B在许多单子叶植物中保守
近等基因系材料、过表达株系、基因敲除株系的大田产量实验
高温条件下，过量表达A或敲除B能够带来增产效果
AX基因比AY基因更能提高植株耐热性
亚细胞定位实验
高温促使A和B转移至多囊泡体
免疫电镜实验
高温使A从细胞表面转移至多囊泡体中，随后胞质中的叶绿体前体蛋白B被A招募进入多囊泡体
酵母双杂实验、荧光素酶报告基因实验
证明A与B相互作用
泛素化蛋白实验、Western blot实验
A是一种E3泛素连接酶
A可泛素化降解B，而且AX对B的降解效率比AY高
透射电镜实验、BN-PAGE、Western blot实验
B的降解使叶绿体类囊体免受高温损伤
信号通路总结
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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