我國科學(xué)家成功破譯水稻感知并響應(yīng)高溫的“雙重密碼”
更新時(shí)間：2025/12/5 8:59:27 來源：新華社CNML文字
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新華社上海12月3日電（記者張建松）全球氣候變暖給人類的糧食安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，迫切需要挖掘作物中的耐熱基因，解析耐熱機(jī)制，培育適應(yīng)高溫氣候的新品種。
記者從中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心林鴻宣院士團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團(tuán)隊(duì)、廣州國家實(shí)驗(yàn)室李亦學(xué)研究員團(tuán)隊(duì)合作，經(jīng)過多年努力，成功破譯水稻感知并響應(yīng)高溫的“雙重密碼”，通過遺傳改良培育出具有“梯度耐熱性”水稻新株系。12月3日，相關(guān)研究論文在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表。
據(jù)林鴻宣介紹，第一重是細(xì)胞膜上的“脂質(zhì)密碼”。當(dāng)高溫來襲，抵達(dá)植物細(xì)胞“邊境的城墻”細(xì)胞膜時(shí)，膜上“哨兵”二酰甘油激酶（DGK7）首先被激活，解碼并啟動(dòng)第一重信號(hào)響應(yīng)，大量生成名為“磷脂酸（PA）”的脂質(zhì)信使。這一過程完成了高溫信號(hào)的首次轉(zhuǎn)換與放大，將外界物理高溫轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)警報(bào)，且有掣肘機(jī)制，不會(huì)被無限放大，以維持細(xì)胞內(nèi)部整體穩(wěn)定與平衡。
第二重是細(xì)胞核內(nèi)的“環(huán)核苷酸密碼”。作為信使的“磷脂酸（PA）”進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部后，精準(zhǔn)傳遞高溫信號(hào)，激活“中層指揮官”磷酸二酯酶（MdPDE1），并協(xié)助其進(jìn)入“核心司令部”細(xì)胞核。MdPDE1通過降解另一種信使分子環(huán)核苷酸（cAMP），促使細(xì)胞合成各種“耐熱武器”，從常態(tài)轉(zhuǎn)入高溫應(yīng)急狀態(tài)，抵御高溫脅迫，產(chǎn)生耐熱表型。
“DGK7和MdPDE1是我們成功鑒定的水稻細(xì)胞中兩個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子，它們就像一套精密協(xié)作的警報(bào)系統(tǒng)，將高溫物理信號(hào)一步步轉(zhuǎn)化為細(xì)胞能夠理解的生物指令，從而完成了一場(chǎng)從細(xì)胞邊界到細(xì)胞核的傳訊。”林鴻宣說。
該項(xiàng)研究不僅破解了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期存在的一個(gè)難題，也為育種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)基于“雙重密碼”開展遺傳設(shè)計(jì)，在模擬高溫的田間試驗(yàn)中取得喜人的結(jié)果：DGK7或MdPDE1單基因改良的水稻株系比對(duì)照株系增產(chǎn)50%-60%；耐熱基因TT2協(xié)同DGK7的雙基因改良株系比對(duì)照株系產(chǎn)量提升約一倍，米質(zhì)比對(duì)照好，且不影響正常條件下的產(chǎn)量。
這意味著，科學(xué)家不僅能增強(qiáng)作物的耐熱性，更能像調(diào)節(jié)音量一樣精準(zhǔn)設(shè)計(jì)“梯度耐熱”品種，以適應(yīng)不同地區(qū)的氣候需求，維持作物在高溫環(huán)境下的產(chǎn)量穩(wěn)定。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該項(xiàng)研究為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良，提供了堅(jiān)實(shí)的理論框架和寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開辟了新的路徑。
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新華社上海12月3日電（記者張建松）全球氣候變暖給人類的糧食安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，迫切需要挖掘作物中的耐熱基因，解析耐熱機(jī)制，培育適應(yīng)高溫氣候的新品種。
記者從中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心林鴻宣院士團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團(tuán)隊(duì)、廣州國家實(shí)驗(yàn)室李亦學(xué)研究員團(tuán)隊(duì)合作，經(jīng)過多年努力，成功破譯水稻感知并響應(yīng)高溫的“雙重密碼”，通過遺傳改良培育出具有“梯度耐熱性”水稻新株系。12月3日，相關(guān)研究論文在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表。
據(jù)林鴻宣介紹，第一重是細(xì)胞膜上的“脂質(zhì)密碼”。當(dāng)高溫來襲，抵達(dá)植物細(xì)胞“邊境的城墻”細(xì)胞膜時(shí)，膜上“哨兵”二酰甘油激酶（DGK7）首先被激活，解碼并啟動(dòng)第一重信號(hào)響應(yīng)，大量生成名為“磷脂酸（PA）”的脂質(zhì)信使。這一過程完成了高溫信號(hào)的首次轉(zhuǎn)換與放大，將外界物理高溫轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)警報(bào)，且有掣肘機(jī)制，不會(huì)被無限放大，以維持細(xì)胞內(nèi)部整體穩(wěn)定與平衡。
第二重是細(xì)胞核內(nèi)的“環(huán)核苷酸密碼”。作為信使的“磷脂酸（PA）”進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部后，精準(zhǔn)傳遞高溫信號(hào)，激活“中層指揮官”磷酸二酯酶（MdPDE1），并協(xié)助其進(jìn)入“核心司令部”細(xì)胞核。MdPDE1通過降解另一種信使分子環(huán)核苷酸（cAMP），促使細(xì)胞合成各種“耐熱武器”，從常態(tài)轉(zhuǎn)入高溫應(yīng)急狀態(tài)，抵御高溫脅迫，產(chǎn)生耐熱表型。
“DGK7和MdPDE1是我們成功鑒定的水稻細(xì)胞中兩個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子，它們就像一套精密協(xié)作的警報(bào)系統(tǒng)，將高溫物理信號(hào)一步步轉(zhuǎn)化為細(xì)胞能夠理解的生物指令，從而完成了一場(chǎng)從細(xì)胞邊界到細(xì)胞核的傳訊。”林鴻宣說。
該項(xiàng)研究不僅破解了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期存在的一個(gè)難題，也為育種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)基于“雙重密碼”開展遺傳設(shè)計(jì)，在模擬高溫的田間試驗(yàn)中取得喜人的結(jié)果：DGK7或MdPDE1單基因改良的水稻株系比對(duì)照株系增產(chǎn)50%-60%；耐熱基因TT2協(xié)同DGK7的雙基因改良株系比對(duì)照株系產(chǎn)量提升約一倍，米質(zhì)比對(duì)照好，且不影響正常條件下的產(chǎn)量。
這意味著，科學(xué)家不僅能增強(qiáng)作物的耐熱性，更能像調(diào)節(jié)音量一樣精準(zhǔn)設(shè)計(jì)“梯度耐熱”品種，以適應(yīng)不同地區(qū)的氣候需求，維持作物在高溫環(huán)境下的產(chǎn)量穩(wěn)定。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該項(xiàng)研究為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良，提供了堅(jiān)實(shí)的理論框架和寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開辟了新的路徑。
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