全球气候变暖正对人类粮食安全构成重大威胁，高温环境导致农作物减产的风险日益加剧。在此背景下，挖掘作物耐热基因、解析其调控机制并培育适应高温的新品种，成为农业科学领域的紧迫任务。近日，一支由中国科学家主导的国际合作团队宣布，在水稻耐热性研究方面取得突破性进展，成功破解了水稻感知与响应高温的双重调控机制，并培育出具有“梯度耐热”特性的新型水稻株系。
该研究由中国科学院分子植物科学卓越创新中心、上海交通大学及广州国家实验室的科研人员联合完成。团队通过多年攻关，发现水稻细胞中存在两套精密协作的信号传递系统，分别位于细胞膜与细胞核内，共同构成高温响应的“双重密码”。这一发现为作物耐热育种提供了全新理论依据，相关成果已发表于国际权威学术期刊《细胞》。
研究显示，当高温刺激抵达植物细胞膜时，膜上的二酰甘油激酶（DGK7）作为“第一道哨兵”被激活。该酶通过催化反应大量生成磷脂酸（PA），将外界物理高温信号转化为细胞内的化学警报。这一过程不仅完成了信号的初步转换与放大，还通过负反馈机制防止信号过度激活，从而维持细胞内环境的稳定。磷脂酸随后作为信使分子，穿越细胞质进入细胞核周边区域。
在细胞核内，磷脂酸与磷酸二酯酶（MdPDE1）形成复合体，协助其进入细胞核这一“核心指挥部”。MdPDE1通过降解环核苷酸（cAMP）信使分子，触发一系列耐热相关基因的表达，使细胞从常态转入应急状态，合成热休克蛋白等“耐热武器”以抵御高温胁迫。研究团队形象地将DGK7和MdPDE1比作“警报系统”，它们协同工作将高温物理信号逐步转化为细胞可执行的生物指令。
基于这一发现，科研人员通过遗传设计培育出新型水稻株系。田间试验表明，仅改良DGK7或MdPDE1单基因的水稻株系，在模拟高温条件下产量较对照品种提高50%至60%；而同时改良耐热基因TT2与DGK7的双基因株系，产量增幅达一倍左右，且米质显著优于对照品种。更重要的是，这些改良品种在正常温度条件下产量不受影响，实现了耐热性与产量的平衡。
这项突破性研究不仅解决了长期困扰领域的科学难题，更为作物耐热育种提供了精准靶点。通过调控不同基因的表达强度，科学家能够像调节音量般设计出适应不同气候区域的“梯度耐热”品种。例如，在高温频发地区可培育强耐热品种，而在温度波动较大的区域则开发中等耐热品种，从而最大化保障粮食产量。
业内专家指出，水稻作为全球半数人口的主粮，其耐热性研究具有重要示范意义。该成果中发现的调控机制及基因资源，可推广应用于小麦、玉米等主要粮食作物，为全球变暖背景下的粮食安全保障提供全新解决方案。随着研究的深入，更多作物耐热基因有望被挖掘，推动农业育种技术迈向精准化、智能化新阶段。
