随着全球气候变暖加剧，高温热浪已成为威胁全球粮食安全的首要非生物胁迫之一。面对高温，作物往往陷入两难境地：全力抗逆则生长受抑制，追求高产则抗性不足。这一“鱼与熊掌不可兼得”的资源权衡难题，长期困扰着作物遗传改良工作。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪研究团队的一项突破性研究，为破解这一世纪难题提供了全新的钥匙。2026年1月21日，该团队在国际知名期刊《Advanced Science》上发表了题为《TOGR3, a Proteasome β4 Subunit, Orchestrates Sugar Homeostasis to Trade Off Growth and Thermotolerance in Rice》的研究论文。该研究首次揭示，水稻26S蛋白酶体中的一个特定β亚基——TOGR3，扮演着调控生长与耐热性平衡的核心枢纽角色，为设计高产、耐热的气候智慧型作物提供了前所未有的精准靶点。

从“二选一”到“协同优化”：一个分子的双重智慧

传统认知中，作物的抗逆性(如耐热)与生长发育常存在此消彼长的“权衡”关系。薛勇彪团队的研究发现，TOGR3通过泛素-蛋白酶体系统这一细胞内的“蛋白质质量监控与回收中心”，精准调控糖代谢关键酶的周转，从而动态维持细胞的糖稳态。

这一机制的精妙之处在于其“一石二鸟”的作用：在高温下，TOGR3介导的适度糖积累，一方面为作物持续生长提供了必需的碳骨架和能量;另一方面，这些糖信号又能调节气孔开闭，增强叶片蒸腾冷却能力，从而直接提升植物的耐热性。这意味着，TOGR3并非简单地在“生长”和“抗逆”之间做出取舍，而是通过调控下游的糖代谢网络，智能地协同优化这两个过程。

“1+1>2”：多靶点协同育种展现巨大潜力

研究的另一项重要发现，指向了更具应用潜力的育种策略。团队发现，TOGR3与另一个已知的耐热相关α亚基TT1之间存在协同效应。实验表明，同时过表达TOGR3和TT1，可以比单一过表达更能显著提升水稻在苗期和生殖期的耐热能力。

这揭示了一个全新的育种思路：蛋白酶体作为一个由多个亚基组成的复杂机器，其不同组件在抗逆中可能存在功能互补。未来，通过精准操控多个关键亚基的表达或功能，而非单一基因，有望像组合电路一样，设计出抗逆性与产量性状协同提升的更优作物品种。

迈向“气候智慧型”农业的分子蓝图

这项研究不仅在水稻基础生物学领域取得了重要理论突破，更拥有鲜明的应用导向。论文通讯作者薛勇彪研究员指出，该工作“为设计高产、广适的气候智慧型作物提供了新颖的分子靶标与育种策略”。

在全球变暖的严峻挑战下，培育能同时适应高温环境并保持高产的作物新品种，是保障粮食安全的迫切需求。TOGR3模块的发现，使科学家能够利用基因编辑、分子标记辅助选择等现代育种技术，更精准、高效地改造作物的耐热性，而不必以牺牲产量为代价。这标志着作物育种从传统经验筛选，迈向基于深度分子机制解析的精准设计时代。

该研究由薛勇彪团队助理研究员张碧瑶、已毕业博士生吴晓艳和郭飞飞以及工程师徐婷作为共同第一作者完成，薛勇彪研究员与张碧瑶助理研究员为共同通讯作者。研究获得了国家重点研发计划、农业农村部重大专项及国家自然科学基金等项目的支持。

随着分子设计育种时代的到来，此类聚焦于突破作物内在权衡瓶颈的基础发现，将成为构建更具韧性、更可持续的未来农业系统的核心驱动力。

来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪团队;题目：TOGR3, a Proteasome β4 Subunit, Orchestrates Sugar Homeostasis to Trade Off Growth and Thermotolerance in Rice;发表于：Advanced Science(2026年1月21)。