水稻如何识别与应对高温的关键机制被揭示

本报上海12月3日讯 随着全球气候变化加剧，高温对粮食生产的威胁日益突出，高温导致作物花粉活力下降，影响授粉与灌浆，已成为粮食安全面临的重大难题。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士课题组，携手上海交通大学林尤舜研究员团队及广州实验室李亦学研究员团队，在国际期刊《细胞》发表最新研究成果。他们阐明了水稻如何“双重识别”并响应高温胁迫，揭开了植物中一套分步激活、环环相扣的温度信号识别体系。更重要的是，通过改良相关遗传机制，团队培育出耐热能力分级的新型水稻，有望推动耐高温品种的分子育种。

那么，面对酷暑，植物细胞如何启动自我保护机制？经过长时间的攻关，研究人员识别出水稻体内两个关键分子——DGK7（二酰甘油激酶）与MdPDE1（磷酸二酯酶），它们如同紧密配合的“温度监测装置”，将外界高温信号逐步转化为细胞内部的生物信号，完成从细胞外围到细胞核的高效传递。这项发现填补了从细胞膜脂质变化到核内信号调控之间的知识空白，推动了高温响应机制的系统理解。

据林鸿宣介绍，高温首先冲击植物细胞膜，“前哨”DGK7立即被感知并激活，启动首轮信号放大，催生名为磷脂酸（PA）的脂质信号分子。这个步骤实现了高温物理刺激向细胞内部生物警报的首次转化和扩增。

紧接着，磷脂酸作为信使渗入细胞内部，精确“传递”高温信息，进一步激活位于“指挥中枢”的MdPDE1。MdPDE1在进入细胞核后，加速降解信号分子cAMP，维持耐热相关基因的活性，促使细胞合成热激蛋白、清除活性氧的酶等防御工具，令植物从常态迅速进入“高温防御”状态，提升抗热表现。

机制的揭示为耐热品种选育提供了新的分子靶标。研究团队试点将理论应用于农业生产，设计了“梯度耐热”水稻新品系。在高温模拟田间测试中，单一基因改良的水稻相比对照品系增产50%~60%；而TT2基因与DGK7双重改良的水稻株系不仅产量翻倍，而且米质更优，且在常温下产量无显著影响。这说明，在作物分子育种中，科学家能够像调节档位一样规划耐热水平，精准满足不同气候条件下的需求，保障高温环境中的产量稳定。此项研究为水稻及小麦、玉米等主要农作物的耐热育种提供了科学支持和宝贵基因资源，为全球应对气候变暖的粮食安全提供了新的解决思路。