上海
这几年，高温天数变得更多、极端气温也更热、到来时间也越来越早。人，能进空调房；动物，能找个背阴地儿；那，植物呢？
它们无法主动趋利避害，受到高温的侵害尤为严重——研究显示，全球平均气温每升高1℃，就会给作物带来3%—8%左右的减产；高温还会严重影响水稻的灌浆，造成稻米品质下降。高温是粮食安全“躲不开的威胁”。
分子植物卓越中心培育的水稻
既然植物“跑不开”，也没法让以亩为单位的作物一块儿“纳凉”，那似乎只有自身挖潜这“华山一条路”了。北京时间3日凌晨，国际顶尖学术期刊《细胞》（Cell）发表了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的最新成果。
科学家们破解了水稻感知并响应高温的双重密码锁，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，并通过对该机制的遗传改良，成功培育出具有梯度耐热性的水稻新株系，助力耐高温分子育种。
这是分子植物卓越中心今年的第11篇“CNS”（指《细胞》《自然》《科学》“三大刊”），也让论文共同通讯作者林鸿宣和林尤舜实现了“CNS”的“大满贯”！
当高温来袭，植物细胞如何“感知”并“响应”？
林鸿宣介绍，高温会引发细胞膜的组分变化，触发“膜脂重塑”；然而，这种变化如何被细胞识别、转换和解读，一直是未解之谜。研究团队经过多年努力，成功鉴定到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够理解的“生物指令”，完成一场从细胞边界到细胞核的“传讯”。
原来，当“高温危机”抵达植物细胞“边境的城墙”——细胞膜时，膜上的“哨兵”DGK7率先被激活，解码并释放出启动第一重信号响应，大量生成名为“磷脂酸（PA）”的脂质信使。这一过程完成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。这种警报开启（DGK7的磷酸化）同时也掣肘于“监军”G蛋白，其作为强力刹车，确保细胞不会引发过度警报和响应，以维持整体内部的稳定与平衡。
随后，作为信使的PA进入细胞内部，将城外危情——高温信号精准传递并激活“中层指挥官”MdPDE1，并协助其顺利进入核心司令部——细胞核，MdPDE1通过降解另一种信使分子cAMP（环核苷酸），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”，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。
TT2-DGK7-MdPDE1热信号传递网络
“这一发现系统连接了从细胞膜脂质重塑到核内信号级联的完整过程，解决了领域内长期存在的难题。”论文第一作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后阚义告诉新民晚报作者。这是他本人来到分子植物卓越中心后的第11个年头了，参与到此项研究有五六年了，终于也结出了属于自己的硕果。年轻人说，自己很乐意投身农业科学领域，“不怕所谓的吃苦，但怕没有方向的进步”，而在分子植物卓越中心得到了不少前辈的提点，迈过了道道难关。
令人欣喜的是，机制的破解为育种提供了精准靶点——研究团队基于DGK7和MdPDE1开展遗传设计，在模拟高温的田间试验中取得喜人的结果：单基因改良的水稻株系比对照株系增产50%—60%。
而TT2协同DGK7的双基因改良株系比对照株系产量提升约一倍，米质比对照好，且不影响正常条件下的产量——要知道，在水稻种植中，产量和口感是“鱼与熊掌”的关系，往往不可兼得。
DGK7和MdPDE1高温下保护水稻产量
“由于机制的保守性，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坚实的理论框架与宝贵的基因资源，为应对全球变暖导致的粮食减产提供了新的解决方案。”林鸿宣指出。
原标题：《高温天农作物没地儿躲，院士团队“挖潜”找到俩关键基因，天再热也能稳产了！》
栏目编辑：马丹 图片来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心
来源：作者：新民晚报 郜阳
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