我国科学家成功破译水稻感知并响应高温的“双重密码”

  新华社上海12月3日电（记者张建松）全球气候变暖给人类的粮食安全带来严峻挑战，迫切需要挖掘作物中的耐热基因，解析耐热机制，培育适应高温气候的新品种。

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  记者从中国科学院分子植物科学卓越创新中心获悉，该中心林鸿宣院士团队与上海交通大学林尤舜研究员团队、广州国家实验室李亦学研究员团队合作，经过多年努力，成功破译水稻感知并响应高温的“双重密码”，通过遗传改良培育出具有“梯度耐热性”水稻新株系。12月3日，相关研究论文在国际权威学术期刊《细胞》（Cell）发表。

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  11月28日，林鸿宣院士介绍最新科研成果。新华社记者张建松 摄

  据林鸿宣介绍，第一重是细胞膜上的“脂质密码”。当高温来袭，抵达植物细胞“边境的城墙”细胞膜时，膜上“哨兵”二酰甘油激酶（DGK7）首先被激活，解码并启动第一重信号响应，大量生成名为“磷脂酸（PA）”的脂质信使。这一过程完成了高温信号的首次转换与放大，将外界物理高温转化为细胞内的化学警报，且有掣肘机制，不会被无限放大，以维持细胞内部整体稳定与平衡。

  第二重是细胞核内的“环核苷酸密码”。作为信使的“磷脂酸（PA）”进入细胞内部后，精准传递高温信号，激活“中层指挥官”磷酸二酯酶（MdPDE1），并协助其进入“核心司令部”细胞核。MdPDE1通过降解另一种信使分子环核苷酸（cAMP），促使细胞合成各种“耐热武器”，从常态转入高温应急状态，抵御高温胁迫，产生耐热表型。

  热信号传递网络示意图（中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）

  “DGK7和MdPDE1是我们成功鉴定的水稻细胞中两个关键调控因子，它们就像一套精密协作的警报系统，将高温物理信号一步步转化为细胞能够理解的生物指令，从而完成了一场从细胞边界到细胞核的传讯。”林鸿宣说。

  该项研究不仅破解了相关领域内长期存在的一个难题，也为育种提供了精准靶点。研究团队基于“双重密码”开展遗传设计，在模拟高温的田间试验中取得喜人的结果：DGK7或MdPDE1单基因改良的水稻株系比对照株系增产50%-60%；耐热基因TT2协同DGK7的双基因改良株系比对照株系产量提升约一倍，米质比对照好，且不影响正常条件下的产量。

  水稻产量对比图（中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）

  这意味着，科学家不仅能增强作物的耐热性，更能像调节音量一样精准设计“梯度耐热”品种，以适应不同地区的气候需求，维持作物在高温环境下的产量稳定。

  业内专家认为，该项研究为水稻、小麦、玉米等主粮作物的耐热育种改良，提供了坚实的理论框架和宝贵的基因资源，为在全球变暖背景下保障粮食安全开辟了新的路径。