水稻如何识别与应对高温压力机制获新突破

本报上海12月3日讯 近年高温天气日趋频繁，严重威胁着作物授粉和成熟，成为粮食安全面临的重大难题。12月3日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士团队联合上海交通大学林尤舜研究员团队、广州实验室李亦学研究员团队，在国际期刊《细胞》发表新成果。他们揭示了水稻应对高温的“二重机制密码”，阐明了植物热信号如何逐步被“激活和串联”，并通过遗传创新，选育出了耐受不同温度的新型水稻，为高温下分子育种带来了突破性进展。

那么，植物面对极端高温时，细胞内部是如何检测和应对的？经过数年攻关，研究团队在水稻中找到了两个核心调节因子：DGK7（二酰甘油激酶）与MdPDE1（磷酸二酯酶）。它们共同组成一套“协作预警系统”，把高温信号逐级转化为细胞可识别的指令，完成从细胞膜到细胞核的有效传递。这项发现首次串联起源于细胞膜脂质变化最终引发细胞核信号级联的全过程，为相关领域长期未解的问题提供了解答。

林鸿宣表示，高温袭来时，植物细胞膜就像“前哨阵地”，DGK7最先被激活，启动初步信号，并快速合成被称为“磷脂酸（PA）”的信号分子，从而实现由外界物理温度到细胞化学反应的第一步转化和放大。

此后，PA深入细胞内部精确传递指令，激活“中层调控者”MdPDE1，帮助其顺利进入“指挥中心”——细胞核。在细胞核内部，MdPDE1分解信号分子cAMP，稳定耐热基因表达，促进热激蛋白、清除活性氧酶等“抵御高温的工具”大量产生，让细胞完成环境适应，由常态切换到高温防御状态，获取耐热能力。

这一机制的破解为作物耐热育种提供了新目标。科研团队将实验成果应用至育种实践，设计出具备“梯度耐热”特性的新水稻株系，并在高温田间环境下进行了试验。结果显示，单个基因改良的水稻产量比普通品种提高了50%至60%；同时叠加TT2（耐热基因）和DGK7的“双基因”新品系，产量甚至比对照株种增加约一倍，并且米质提升、正常条件下产量未见下降。这意味着科学家能根据各地气候需要，如同“调音”般精准控制新品种耐热程度，确保水稻等主要粮食作物高温下稳产增收。此项突破为水稻、小麦、玉米等耐高温品种选育奠定了理论基础和基因资源储备，为粮食安全增添保障，为应对全球气候变暖带来了全新策略。