全球气候变暖对人类粮食安全构成严峻挑战，亟需挖掘作物中的耐热基因，解析其耐热机制，培育适应高温气候的新品种。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，经过多年努力，成功破译了水稻感知并响应高温的“双重密码”，通过遗传改良培育出具有“梯度耐热性”的水稻新株系。相关研究成果发表在国际权威学术期刊《细胞》上。
据林鸿宣介绍，第一重密码位于细胞膜上的脂质层。当高温来袭时，细胞膜上的二酰甘油激酶（DGK7）被激活，生成名为磷脂酸（PA）的脂质信使。这一过程将外界物理高温信号转化为细胞内的化学警报，且有调节机制防止信号无限放大，以维持细胞内部的整体稳定与平衡。
第二重密码则存在于细胞核内。磷脂酸（PA）进入细胞后，激活磷酸二酯酶（MdPDE1），并协助其进入细胞核。MdPDE1通过降解环核苷酸（cAMP），促使细胞合成各种“耐热武器”，从常态转入高温应急状态，抵御高温胁迫，产生耐热表型。
DGK7和MdPDE1是水稻细胞中两个关键调控因子，它们像一套精密协作的警报系统，将高温物理信号逐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传讯。
该研究不仅破解了相关领域长期存在的难题，也为育种提供了精准靶点。基于“双重密码”进行遗传设计，在模拟高温的田间试验中，单基因改良的水稻株系比对照株系增产50%-60%；双基因改良株系产量提升约一倍，米质更好，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，还能精准设计适应不同地区气候需求的“梯度耐热”品种，维持作物在高温环境下的产量稳定。
业内专家认为，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坚实的理论框架和宝贵的基因资源，为在全球变暖背景下保障粮食安全开辟了新的路径。
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