全球氣候變暖正對人類糧食安全構成重大威脅，高溫環(huán)境導致農作物減產的風險日益加劇。在此背景下，挖掘作物耐熱基因、解析其調控機制并培育適應高溫的新品種，成為農業(yè)科學領域的緊迫任務。近日，一支由中國科學家主導的國際合作團隊宣布，在水稻耐熱性研究方面取得突破性進展，成功破解了水稻感知與響應高溫的雙重調控機制，并培育出具有“梯度耐熱”特性的新型水稻株系。

該研究由中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心、上海交通大學及廣州國家實驗室的科研人員聯合完成。團隊通過多年攻關，發(fā)現水稻細胞中存在兩套精密協作的信號傳遞系統，分別位于細胞膜與細胞核內，共同構成高溫響應的“雙重密碼”。這一發(fā)現為作物耐熱育種提供了全新理論依據，相關成果已發(fā)表于國際權威學術期刊《細胞》。

研究顯示，當高溫刺激抵達植物細胞膜時，膜上的二酰甘油激酶（DGK7）作為“第一道哨兵”被激活。該酶通過催化反應大量生成磷脂酸（PA），將外界物理高溫信號轉化為細胞內的化學警報。這一過程不僅完成了信號的初步轉換與放大，還通過負反饋機制防止信號過度激活，從而維持細胞內環(huán)境的穩(wěn)定。磷脂酸隨后作為信使分子，穿越細胞質進入細胞核周邊區(qū)域。

在細胞核內，磷脂酸與磷酸二酯酶（MdPDE1）形成復合體，協助其進入細胞核這一“核心指揮部”。MdPDE1通過降解環(huán)核苷酸（cAMP）信使分子，觸發(fā)一系列耐熱相關基因的表達，使細胞從常態(tài)轉入應急狀態(tài)，合成熱休克蛋白等“耐熱武器”以抵御高溫脅迫。研究團隊形象地將DGK7和MdPDE1比作“警報系統”，它們協同工作將高溫物理信號逐步轉化為細胞可執(zhí)行的生物指令。

基于這一發(fā)現，科研人員通過遺傳設計培育出新型水稻株系。田間試驗表明，僅改良DGK7或MdPDE1單基因的水稻株系，在模擬高溫條件下產量較對照品種提高50%至60%；而同時改良耐熱基因TT2與DGK7的雙基因株系，產量增幅達一倍左右，且米質顯著優(yōu)于對照品種。更重要的是，這些改良品種在正常溫度條件下產量不受影響，實現了耐熱性與產量的平衡。

這項突破性研究不僅解決了長期困擾領域的科學難題，更為作物耐熱育種提供了精準靶點。通過調控不同基因的表達強度，科學家能夠像調節(jié)音量般設計出適應不同氣候區(qū)域的“梯度耐熱”品種。例如，在高溫頻發(fā)地區(qū)可培育強耐熱品種，而在溫度波動較大的區(qū)域則開發(fā)中等耐熱品種，從而最大化保障糧食產量。

業(yè)內專家指出，水稻作為全球半數人口的主糧，其耐熱性研究具有重要示范意義。該成果中發(fā)現的調控機制及基因資源，可推廣應用于小麥、玉米等主要糧食作物，為全球變暖背景下的糧食安全保障提供全新解決方案。隨著研究的深入，更多作物耐熱基因有望被挖掘，推動農業(yè)育種技術邁向精準化、智能化新階段。