高溫會損害作物花粉活力、阻礙授粉與灌漿過程，已成為當(dāng)下最嚴(yán)峻的糧食安全挑戰(zhàn)之一。3日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士團隊與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團隊、廣州國家實驗室李亦學(xué)研究員團隊合作在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表最新研究成果，破解了水稻感知並響應(yīng)高溫的雙重密碼，揭示了植物中的一個循序激活、協(xié)同串聯(lián)的熱信號感知機制，並通過對該機制的遺傳改良，成功培育出具有梯度耐熱性的水稻新株系，助力耐高溫分子育種。

當(dāng)高溫來襲，植物細(xì)胞如何感知並響應(yīng)？研究團隊經(jīng)過多年努力，成功鑒定到水稻中兩個關(guān)鍵調(diào)控因子，DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它們像一套精密協(xié)作的“警報系統(tǒng)”，將高溫物理信號一步步轉(zhuǎn)化為細(xì)胞能夠理解的“生物指令”，完成一場從細(xì)胞邊界到細(xì)胞核的“傳訊”。該發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)連接了從細(xì)胞膜脂質(zhì)重塑到核內(nèi)信號級聯(lián)的完整過程，解決了領(lǐng)域內(nèi)長期存在的難題。

林鴻宣介紹，當(dāng)“高溫危機”抵達(dá)植物細(xì)胞“邊境的城牆”——細(xì)胞膜時，膜上的“哨兵”DGK7率先被激活，解碼並啟動第一重信號響應(yīng)，大量生成名為“磷脂酸（PA）”的脂質(zhì)信使。這一過程完成了信號的首次轉(zhuǎn)換與放大，將外界物理高溫轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)警報。

隨后，作為信使的PA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，精準(zhǔn)傳遞高溫信號，激活“中層指揮官”MdPDE1，並協(xié)助其順利進(jìn)入核心司令部（細(xì)胞核），MdPDE1通過降解另一種信使分子cAMP（環(huán)核苷酸），維持耐熱基因的表達(dá)，促使細(xì)胞合成熱激蛋白、活性氧清除酶等“耐熱武器”，使細(xì)胞從常態(tài)轉(zhuǎn)入“高溫應(yīng)急狀態(tài)”，抵御高溫脅迫，產(chǎn)生耐熱表型。

機制的破解為耐熱育種提供了精準(zhǔn)靶點。研究團隊將其從理論落實到田間，設(shè)計“梯度耐熱”新株系，在模擬高溫的田間試驗中取得喜人結(jié)果：單基因改良的水稻株系比對照株系增產(chǎn)50%~60%﹔而TT2（一種水稻耐熱基因）協(xié)同DGK7的雙基因改良株系比對照株系產(chǎn)量提升約一倍，米質(zhì)比對照好，且不影響正常條件下的產(chǎn)量。這意味著，科學(xué)家不僅能增強作物的耐熱性，更能像調(diào)節(jié)音量一樣精準(zhǔn)設(shè)計“梯度耐熱”品種，以適應(yīng)不同地區(qū)的氣候需求，維持作物在高溫環(huán)境下的產(chǎn)量穩(wěn)定。這項研究為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良提供了堅實的理論依據(jù)與寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開辟了新的路徑。（記者顏維琦）

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