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我國科學家成功破譯水稻感知并響應高溫的“雙重密碼”

2025/12/5 8:59:27    來源：新華社CNML文字

　　新華社上海12月3日電（記者張建松）全球氣候變暖給人類的糧食安全帶來嚴峻挑戰，迫切需要挖掘作物中的耐熱基因，解析耐熱機制，培育適應高溫氣候的新品種。

　　記者從中國科學院分子植物科學卓越創新中心獲悉，該中心林鴻宣院士團隊與上海交通大學林尤舜研究員團隊、廣州國家實驗室李亦學研究員團隊合作，經過多年努力，成功破譯水稻感知并響應高溫的“雙重密碼”，通過遺傳改良培育出具有“梯度耐熱性”水稻新株系。12月3日，相關研究論文在國際權威學術期刊《細胞》（Cell）發表。

　　據林鴻宣介紹，第一重是細胞膜上的“脂質密碼”。當高溫來襲，抵達植物細胞“邊境的城墻”細胞膜時，膜上“哨兵”二酰甘油激酶（DGK7）首先被激活，解碼并啟動第一重信號響應，大量生成名為“磷脂酸（PA）”的脂質信使。這一過程完成了高溫信號的首次轉換與放大，將外界物理高溫轉化為細胞內的化學警報，且有掣肘機制，不會被無限放大，以維持細胞內部整體穩定與平衡。

　　第二重是細胞核內的“環核苷酸密碼”。作為信使的“磷脂酸（PA）”進入細胞內部后，精準傳遞高溫信號，激活“中層指揮官”磷酸二酯酶（MdPDE1），并協助其進入“核心司令部”細胞核。MdPDE1通過降解另一種信使分子環核苷酸（cAMP），促使細胞合成各種“耐熱武器”，從常態轉入高溫應急狀態，抵御高溫脅迫，產生耐熱表型。

　　“DGK7和MdPDE1是我們成功鑒定的水稻細胞中兩個關鍵調控因子，它們就像一套精密協作的警報系統，將高溫物理信號一步步轉化為細胞能夠理解的生物指令，從而完成了一場從細胞邊界到細胞核的傳訊。”林鴻宣說。

　　該項研究不僅破解了相關領域內長期存在的一個難題，也為育種提供了精準靶點。研究團隊基于“雙重密碼”開展遺傳設計，在模擬高溫的田間試驗中取得喜人的結果：DGK7或MdPDE1單基因改良的水稻株系比對照株系增產50%-60%；耐熱基因TT2協同DGK7的雙基因改良株系比對照株系產量提升約一倍，米質比對照好，且不影響正常條件下的產量。

　　這意味著，科學家不僅能增強作物的耐熱性，更能像調節音量一樣精準設計“梯度耐熱”品種，以適應不同地區的氣候需求，維持作物在高溫環境下的產量穩定。

　　業內專家認為，該項研究為水稻、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。

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