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黃翔
2025-12-03 21:23
全球氣候變暖威脅全球糧食安全的根基，如何挖掘作物中的耐熱基因，已成為農業科技領域的迫切任務。中國科學家的最新研究，破譯了水稻“熱警報”雙重密碼。
北京時間12月3日凌晨，中國科學院分子植物科學卓越創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、廣州國家實驗室李亦學研究員團隊合作在國際權威學術期刊《細胞》(Cell)上發表研究論文。該成果破解了水稻感知并響應高溫的雙重密碼鎖，揭示了植物中的一個循序激活、協同串聯的熱信號感知機制；通過對該機制的遺傳改良，培育出具有梯度耐熱性的水稻新株系，助力作物耐高溫分子育種，為應對全球變暖導致的糧食減產提供了新的解決方案。
這意味著，科學家不僅能增強作物的耐熱性，更能像調節音量一樣精準設計“梯度耐熱”品種，以適應不同地區的氣候需求，維持作物在高溫環境下的產量穩定。
受訪者供圖
林鴻宣對包括第一財經在內的媒體介紹，由于高溫會損害作物花粉活力、阻礙授粉與灌漿過程，明顯降低產量和品質，直接削弱了主糧產區的生產潛能，已成為當下最嚴峻、最直接的糧食安全挑戰之一。
當高溫來襲，植物細胞如何“感知”并“響應”？高溫會引發細胞膜的組分變化，觸發“膜脂重塑”。然而，這種變化如何被細胞“識別、轉換和解讀”，一直是未解之謎。
研究團隊經過多年努力，成功鑒定到水稻中兩個關鍵調控因子，DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它們像一套精密協作的“警報系統” ，將高溫物理信號一步步轉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”。該發現系統連接了從細胞膜脂質重塑到核內信號級聯的完整過程，解決了領域內長期存在的難題。
機制的破解為育種提供了精準靶點。研究團隊基于DGK7和MdPDE1開展遺傳設計，在模擬高溫的田間試驗中：單基因改良的水稻株系比對照株系增產50%-60%；而TT2協同DGK7的雙基因改良株系比對照株系產量提升約一倍，米質比對照好，且不影響正常條件下的產量。
受訪者供圖
尋找水稻的關鍵基因要通過大規模的實驗篩選鑒定，每年最熱的七八月，林鴻宣都要帶著學生下到農田里，觀察水稻生長性狀。談及研究水稻抗逆性狀等問題的意義，林鴻宣說，保證糧食安全對我國意義重大，如果挖掘到水稻的“優良”基因，就可提高水稻抗逆能力，從而實現穩產，對解決糧食作物的實際生產問題非常有意義。
據研究團隊介紹，中國科學院分子植物科學卓越創新中心博士后闞義、博士研究生穆曉瑞、廣州國家實驗室瞿芳芳副研究員為本文第一作者，上海交通大學林尤舜研究員、分子植物中心林鴻宣院士、廣州國家實驗室李亦學研究員為本文通訊作者。該工作得到國家基金委、農業生物育種國家科技重大專項、國家重點研發項目、上海交通大學“2030”項目、上海市現代種業協同創新中心、廣州實驗室、廣東省基礎與應用基礎研究基金等的資助。
