中国科学家破译了水稻的耐热密码

12月3日，中国科学院分子植物科学卓越中心林红轩院士团队与上海交通大学林友顺研究员团队合作在国际期刊《Cell》上发表研究论文。提到，该团队破解了水稻对高温感知和响应的双重密码锁，揭示了植物体内顺序主动、协同、串联的热信号感知机制，并通过对该机制进行基因改良，成功培育出“梯度耐热新水稻”。近年来，全球气候变暖、持续高温直接威胁全球粮食安全的基础。高温会破坏农作物的花粉活力，阻碍粮食和籽粒灌浆过程，大幅降低产量和品质，直接破坏粮食产区的生产潜力。这已成为其中之一当今粮食安全面临最严重和直接的挑战。因此，发现农作物的耐热基因、研究耐热机制、培育能够适应未来气候的新品种已成为农业科技领域的一项紧迫任务。当高温袭来时，植物细胞如何“感知”和“反应”？这种变化如何被细胞“识别、转化和解释”一直是一个未解之谜。经过多年努力，研究团队成功鉴定出水稻中的两个关键调控因子DGK7（二酰甘油激酶）和MDPDE1（磷酸二酯酶）。它们就像是一套精确协调的“报警系统”，将高温物理信号一步步转化为细胞能够理解的“生物指令”，完成从细胞边界到细胞核的“通讯”。当“高温危机”到达细胞膜、细胞的“国界墙”、“哨兵”D膜中的GK7首先被激活，然后形成称为PA（磷脂酸）的脂质信使。这个过程完成了信号的第一次转换和放大，将外部的物理高温转化为细胞内的化学警报。随后，PA作为信使进入细胞，准确发送“城外危险”（高温信号）并激活“中层指挥官”MDPDE1，帮助其正确进入“总司令部”——细胞核。 MDPDE1通过削弱另一个信使分子cAMP（环核苷酸）来维持耐热基因的表达程序，促使细胞合成热休克蛋白、活性氧清除酶等“耐热武器”，让细胞从“高温紧急状态”转变为抵抗高温应激，并在“高度紧急状态”中产生微小差异，抵抗高温应激，产生小奇异品种。基于以上研究团队进行了遗传设计，在模拟高温下的田间试验中取得了满意的结果：单基因改良水稻品系比对照品系增产50%~60%；而双基因改良菌株的产量比对照菌株增加了大约一倍。这意味着科学家不仅可以提高农作物的耐热性，还可以精确地设计“梯度耐热”品种作为体积调整，以适应不同地区的气候需求，在高温环境下保持农作物稳定产量。由于机制的保守性，该研究为水稻、小麦、玉米等主粮作物的耐热育种和改良提供了坚实的理论框架和宝贵的遗传资源，将为全球变暖背景下确保粮食安全开辟新的路径。 （中国青年报·中国青年报记者 王业杰） （编辑或：何欣）