水稻如何识别与应对高温的关键机制获新突破

上海讯，12月3日——随着全球气温的不断攀升，作物授粉与灌浆受到严重影响，高温已经成为威胁粮食安全的重要因素。近日，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和广州实验室李亦学研究员，在国际权威期刊《细胞》发表了最新成果：他们首次揭示了水稻感知与应对高温的分子机制，并实现了基于该机制的遗传改造，成功培育出多层次耐热性的新型水稻，为提升作物高温抗性分子育种提供了全新方案。

面对高温，植物细胞如何实现自我保护？研究人员经过多年探索，发现水稻中DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）两个关键蛋白，它们像细致的信号接力器一样，把临界高温的外界物理刺激逐级转化为能够驱动细胞响应的“指令”。此次研究全面描绘了从细胞膜脂质变化到细胞核信号联动的完整分子路径，填补了植物对热信号感知机制的空白。

据林鸿宣介绍，水稻细胞遭遇高温时，首先是位于细胞膜上的DGK7被激活。它接收到高温信息后，产生大量“磷脂酸（PA）”分子，起到信号放大与转换的首要作用，将热刺激变为细胞可以识别的化学信号。

随后，PA分子像快递员一样穿过细胞，激活并引导MdPDE1成功进入细胞核。MdPDE1在核内降解cAMP（环磷酸腺苷），保障耐热相关基因的活跃，促使细胞启动热激蛋白及活性氧清除酶等“保护机制”，让细胞迅速调节至抗热状态，从而有效抵御高温带来的损伤。

这一分子机制为耐热作物培育提供了重要突破。课题团队针对该路径开展基因选育，开发了“梯度耐热”新型水稻品系，并通过田间高温模拟实验取得显著成果：单一基因改造的水稻产量较传统品种增长达到50%至60%；而将TT2耐热基因与DGK7协同改良后，水稻单产实现接近翻倍提升，米质同样优异，而且在常温条件下也能稳定高产。研究不仅提高了作物的耐高温能力，还能根据不同气候地带精细设计分阶段耐热品种，为水稻、小麦、玉米等主要粮食作物的高温抗逆育种奠定了坚实基础，为应对气候变化、保障全球粮食生产开辟了新方向。