水稻如何识别与应对高温的机制获重大突破

上海讯，12月3日——随着气温不断攀升，作物花粉活性降低、授粉与灌浆障碍等问题越来越威胁全球粮食安全。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，与上海交通大学林尤舜团队、广州实验室李亦学团队共同在国际期刊《细胞》发表了他们的最新研究，首次解读了水稻应对高温的“双重密码”，阐明了植物内部精细的逐步热信号感知机制，并通过遗传技术改良水稻，成功获得多层次耐热新品系，为耐高温分子育种提供了新方向。

高温环境下，植物细胞是如何快速感知和应对外界压力？研究团队花费数载，最终捕捉到水稻中的两个核心调控因子——DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它们形同联动的“预警系统”，将感知到的高温转化为细胞内部可以识别的生物信号，实现从细胞边缘至细胞核的逐步信号递送。这一发现首次串联起从细胞膜脂重构到核信号级联的完整链条，为理解植物细胞应激反应的过程解决了长期未解之谜。

据林鸿宣介绍，高温刚一触及植物细胞膜，膜上的“感应因子”DGK7即被激活，快速启动首轮信号通路，大量合成磷脂酸（PA）这种脂质信号分子。这个步骤完成了高温物理信息向细胞内部“化学讯号”的首度转译实现了信号的明确传递和放大。

紧接着，磷脂酸（PA）穿过细胞内环境，将高温压力精确传送至“指挥中心”MdPDE1，协助其进入细胞核。MdPDE1进一步通过降解环核苷酸（cAMP），调控耐热基因的表达，使细胞制造出热激蛋白、去除活性氧的酶等“防御工具”，促使细胞从日常状态切换至抗热紧急状态，增强高温抵御能力，显现出耐热性状。

破解这一机制后，科研团队把理论成果应用于实际育种，培育出“梯度耐热”水稻新种。在模拟高温的田间试验中，经过单基因改良的水稻产量比对照多50%至60%；而TT2与DGK7联合改良的双基因新品系，产量更是翻番且米质提升，并不影响一般条件下的收获。这显示，科学家们可根据具体气候精准调整水稻的耐热能力，让各地种植更有针对性，保证在高温环境下依然稳产。此成果为主粮作物如水稻、小麦、玉米的耐热育种带来了理论基础和全新基因资源，也为应对全球变暖下的粮食安全提供了新的解决方案。