全球变暖背景下让粮食不减产，我国科学家破解水稻“热警报”双重密码

北京时间12月3日0点，上海和广东科研团队的一项重要成果登上国际顶级科学期刊《细胞》，他们破解了水稻感知并响应高温的“双重密码”，揭示了植物中的一个循序激活、协同串联的热信号感知机制，并通过对这一机制的遗传改良，成功培育出具有梯度耐热性的水稻新株系。这项成果能助力作物耐高温分子育种，为应对全球变暖导致的粮食减产提供新的解决方案。

这项成果由中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士团队与上海交通大学林尤舜研究员团队、广州国家实验室李亦学研究员团队合作完成。中国科学院院士林鸿宣介绍，全球气候变暖导致的持续高温，近年来威胁着全球粮食安全的根基。高温会损害作物花粉活力、阻碍授粉和灌浆过程，明显降低产量和品质，直接削弱主粮产区的生产潜能。因此，科学家急需挖掘作物中的耐热基因，解析耐热机制，在此基础上培育适应未来气候的新品种。

林鸿宣院士团队正是这条科研道路上的开拓者。经过多年努力，合作团队成功鉴定出水稻中两个关键调控因子——DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它们像一套精密协作的警报系统，将高温物理信号一步步转化为细胞能听懂的“生物指令”，完成一次从细胞边界到细胞核的“传讯”。这一发现，解析了从细胞膜脂质重塑到细胞核内信号级联的完整过程，解开了长期存在的科学谜团，即高温引发植物细胞膜的组分变化后，这种变化如何被细胞识别、转换和解读。

DGK7和MdPDE1能在高温下保护水稻产量。

就这样，上海科学家破解了水稻感知并响应高温的“双重密码”。第一重是细胞膜上的“脂质密码”。当高温来临时，植物细胞膜上的“哨兵”DGK7率先被激活，它会解码并启动第一重信号响应，大量生成“脂质信使”磷脂酸。这一过程实现了信号的首次转换与放大，将外界物理高温转化为细胞内的化学警报。

第二重是细胞核内的“环核苷酸密码”。作为信使的磷脂酸进入细胞内部后，会将高温信号精准传递并激活“中层指挥官”MdPDE1，并协助其顺利进入细胞核。MdPDE1通过降解另一种信使分子cAMP（环核苷酸），能维持耐热基因的表达，促使细胞合成热激蛋白、活性氧清除酶等“耐热武器”，从而使细胞从常态转入高温应急状态，抵御高温胁迫，产生耐热表型。

“双重密码”的破解为育种提供了精准靶点。科研团队基于DGK7和MdPDE1开展遗传设计，在模拟高温的田间试验中取得了令人欣喜的收获：单基因改良的水稻株系比对照株系增产50%—60%；TT2协同DGK7的双基因改良株系比对照株系产量提升约一倍，米质也比对照株系好，且不影响正常条件下的产量。

这意味着，科学家不仅能增强作物的耐热性，更能像调节音量一样精准设计具有梯度耐热性的品种，以适应不同地区的气候需求，在高温环境下维持作物产量稳定。林鸿宣表示，这项研究为水稻、小麦、玉米等主粮作物的耐热育种改良提供了理论依据和基因资源，在全球变暖背景下，为保障粮食安全开辟了新路径。