12月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(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團(tuán)隊(duì)等合作在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表研究論文。其中提到團(tuán)隊(duì)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(gè)循序激活、協(xié)同串聯(lián)的熱信號(hào)感知機(jī)制，并通過對(duì)該機(jī)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(huì)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(dāng)下最嚴(yán)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(jī)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(dāng)高溫來襲，植物細(xì)胞如何“感知”并“響應(yīng)”？這種變化又如何被細(xì)胞“識(shí)別、轉(zhuǎn)換和解讀”，一直是未解之謎。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年努力，成功鑒定到水稻中兩個(gè)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(bào)系統(tǒng)”，將高溫物理信號(hào)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”。

當(dāng)“高溫危機(jī)”抵達(dá)植物細(xì)胞“邊境的城墻”——細(xì)胞膜時(shí)，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(hào)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(bào)。

隨后，作為信使的PA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，將“城外危情”（高溫信號(hào)）精準(zhǔn)傳遞并激活“中層指揮官”MdPDE1，并協(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)程序，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。

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

這意味著，科學(xué)家不僅能增強(qiáng)作物的耐熱性，更能像調(diào)節(jié)音量一樣精準(zhǔn)設(shè)計(jì)“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(jī)制的保守性，這項(xiàng)研究為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良提供堅(jiān)實(shí)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(bào)·中青網(wǎng)記者 王燁捷）