12月3日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士團隊與上海交通大學林尤舜研究員團隊等合作在國際學術(shù)期刊《細胞》（Cell）上發(fā)表研究論文。其中提到團隊破解了水稻感知并響應(yīng)高溫的雙重密碼鎖，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，并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”。

近年來，全球氣候變暖，持續(xù)高溫直接威脅全球糧食安全的根基。高溫會損害作物花粉活力、阻礙授粉與灌漿過程，明顯降低產(chǎn)量和品質(zhì)，直接削弱了主糧產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)潛能，已成為當下最嚴峻、最直接的糧食安全挑戰(zhàn)之一。因此，挖掘作物中的耐熱基因，解析耐熱機制、培育適應(yīng)未來氣候的新品種，已成為農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的迫切任務(wù)。

當高溫來襲，植物細胞如何“感知”并“響應(yīng)”？這種變化又如何被細胞“識別、轉(zhuǎn)換和解讀”，一直是未解之謎。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)化為細胞能夠理解的“生物指令”，完成一場從細胞邊界到細胞核的“傳訊”。

當“高溫危機”抵達植物細胞“邊境的城墻”——細胞膜時，膜上的“哨兵”DGK7率先被激活，之后生成名為PA（磷脂酸）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)化為細胞內(nèi)的化學警報。

隨后，作為信使的PA進入細胞內(nèi)部，將“城外危情”（高溫信號）精準傳遞并激活“中層指揮官”MdPDE1，并協(xié)助其順利進入“核心司令部”——細胞核，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程序，促使細胞合成熱激蛋白、活性氧清除酶等“耐熱武器”，使細胞從常態(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。

基于上述研究，團隊開展了遺傳設(shè)計，在模擬高溫的田間試驗中取得喜人的結(jié)果：單基因改良的水稻株系比對照株系增產(chǎn)50%至60%；而雙基因改良株系比對照株系產(chǎn)量提升約一倍。

這意味著，科學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。由于機制的保守性，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堅實的理論框架與寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開辟了新的路徑。

（中青報·中青網(wǎng)記者 王燁捷）