科學(xué)家破解水稻高溫感知機(jī)制揭示“雙重密碼”

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2025-12-04 14:31:49 新華社

全球氣候變暖對人類糧食安全構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟需挖掘作物中的耐熱基因，解析其耐熱機(jī)制，培育適應(yīng)高溫氣候的新品種。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(tuán)隊與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團(tuán)隊、廣州國家實驗室李亦學(xué)研究員團(tuán)隊合作，經(jīng)過多年努力，成功破譯了水稻感知并響應(yīng)高溫的“雙重密碼”，通過遺傳改良培育出具有“梯度耐熱性”的水稻新株系。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

據(jù)林鴻宣介紹，第一重密碼位于細(xì)胞膜上的脂質(zhì)層。當(dāng)高溫來襲時，細(xì)胞膜上的二酰甘油激酶（DGK7）被激活，生成名為磷脂酸（PA）的脂質(zhì)信使。這一過程將外界物理高溫信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)警報，且有調(diào)節(jié)機(jī)制防止信號無限放大，以維持細(xì)胞內(nèi)部的整體穩(wěn)定與平衡。

第二重密碼則存在于細(xì)胞核內(nèi)。磷脂酸（PA）進(jìn)入細(xì)胞后，激活磷酸二酯酶（MdPDE1），并協(xié)助其進(jìn)入細(xì)胞核。MdPDE1通過降解環(huán)核苷酸（cAMP），促使細(xì)胞合成各種“耐熱武器”，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。

DGK7和MdPDE1是水稻細(xì)胞中兩個關(guān)鍵調(diào)控因子，它們像一套精密協(xié)作的警報系統(tǒng)，將高溫物理信號逐步轉(zhuǎn)化為細(xì)胞能夠理解的生物指令，完成從細(xì)胞邊界到細(xì)胞核的傳訊。

該研究不僅破解了相關(guān)領(lǐng)域長期存在的難題，也為育種提供了精準(zhǔn)靶點。基于“雙重密碼”進(jìn)行遺傳設(shè)計，在模擬高溫的田間試驗中，單基因改良的水稻株系比對照株系增產(chǎn)50%-60%；雙基因改良株系產(chǎn)量提升約一倍，米質(zhì)更好，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，還能精準(zhǔn)設(shè)計適應(yīng)不同地區(qū)氣候需求的“梯度耐熱”品種，維持作物在高溫環(huán)境下的產(chǎn)量穩(wěn)定。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，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框架和寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開辟了新的路徑。

(責(zé)任編輯：zhangxiaohua)

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