水稻如何感应及应对高温的机制获揭示

本报记者上海讯，随着全球气候变暖，持续高温对作物花粉活力以及授粉、灌浆过程造成不利影响，已经成为粮食安全领域亟待解决的重要问题之一。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，与上海交通大学林尤舜研究员、广州实验室李亦学研究员团队协作，在国际权威刊物《细胞》发表了关于水稻高温感知机制的最新成果。他们首次揭示了水稻怎样侦测并应答高温，发现了植物内部递进激活、协同运作的热信号感知体系，并通过对该机制进行遗传改良，成功培育出耐热性分级、适应性更强的水稻新株系，为耐高温分子育种提供了新思路。

那水稻到底是怎么发现并处理高温的呢？科研团队经历多年探究，在水稻体内锁定了两个关键调控元件：DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。这两个因子联动成“预警系统”，能将温度变化逐步转换为细胞可以识别与执行的生物信号，实现从细胞膜到细胞核的信息传递。这一发现首次整合了细胞膜脂代谢重构与核内信号转导的完整链路，解决了多年来植物热感知领域没有明晰答案的核心难题。

林鸿宣指出，高温首先作用在细胞膜，相当于植物细胞“前哨城墙”。此时，膜上的“侦查兵”——DGK7会率先响应，解读温度并开启信号链的第一步，大量合成名叫“磷脂酸（PA）”的脂类分子，使外部高温变成细胞内化学信号，为细胞启动应激响应打开了突破口。

紧接着，磷脂酸（PA）如信使般进入细胞深处，精准将高温信号递送给“中枢调控者”MdPDE1，引导其进入细胞核。MdPDE1在这里通过调控环核苷酸（cAMP）浓度，积极推动耐热相关基因表达，促使细胞合成热激蛋白和清除活性氧的酶等“抗热装备”，帮助细胞高效应对热胁迫，从而表现出更强的耐热性能。

研究的深入为培育耐热作物带来了精确的遗传靶点。科研团队在理论指导下，针对不同高温水平设计了梯度耐热水稻株系，并在模拟高温环境下展开田间试验，实现了显著的增产效果：仅通过单基因改良，产量较对照组提升50%~60%；而将TT2（一种耐热基因）与DGK7协同改良后，新株系产量是对照的近两倍，且优质米率提高、在正常气候下不影响产量。这表明科学家能够精准调控水稻耐热水平，让品种更好适应各地气候变化，保障高温时期的粮食产量稳定。此项成果为水稻、小麦、玉米等主要粮食作物的抗热育种带来了坚实的理论支撑和宝贵基因资源，为全球气候变暖背景下粮食安全的提升拓展了新途径。