北京時(shí)間2025年12月3日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)林尤舜研究員團(tuán)隊(duì)、廣州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室李亦學(xué)研究員團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表題為“A stepwise decoding mechanism for heat sensing in plants connects lipid remodeling to a nuclear signaling cascade”的研究論文。

該成果破解了水稻感知并響應(yīng)高溫的雙重密碼鎖，揭示了植物中的一個(gè)循序激活、協(xié)同串聯(lián)的熱信號(hào)感知機(jī)制，并通過(guò)對(duì)該機(jī)制的遺傳改良，成功培育出具有梯度耐熱性的水稻新株系，助力耐高溫分子育種，為應(yīng)對(duì)全球變暖導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)提供了新的解決方案。

TT2-DGK7-MdPDE1熱信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)。本文圖片均為 中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 供圖

破解“雙重密碼鎖”：從細(xì)胞膜到細(xì)胞核的傳訊

當(dāng)高溫來(lái)襲，植物細(xì)胞如何“感知”并“響應(yīng)”？高溫會(huì)引發(fā)細(xì)胞膜的組分變化，觸發(fā)“膜脂重塑”。然而，這種變化如何被細(xì)胞“識(shí)別、轉(zhuǎn)換和解讀”，一直是未解之謎。

研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年努力，成功鑒定到水稻中兩個(gè)關(guān)鍵調(diào)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(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”，完成一場(chǎng)從細(xì)胞邊界到細(xì)胞核的“傳訊”。該發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)連接了從細(xì)胞膜脂質(zhì)重塑到核內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)的完整過(guò)程，解決了領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期存在的難題。

第一重密碼是細(xì)胞膜上的“脂質(zhì)密碼”。當(dāng)“高溫危機(jī)”抵達(dá)植物細(xì)胞的細(xì)胞膜時(shí)，膜上的“哨兵”DGK7率先被激活，解碼并釋放出啟動(dòng)第一重信號(hào)響應(yīng)，生成大量名為“磷脂酸（PA）”的脂質(zhì)信使。這一過(guò)程完成了信號(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)。這種警報(bào)（DGK7的磷酸化）開(kāi)啟的同時(shí)也掣肘于“監(jiān)軍”G蛋白，其作為強(qiáng)力剎車(chē)，確保細(xì)胞不會(huì)引發(fā)過(guò)度警報(bào)和響應(yīng)，以維持整體內(nèi)部的穩(wěn)定與平衡。

第二重則是細(xì)胞核內(nèi)的“環(huán)核苷酸密碼”。作為信使的PA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，將高溫信號(hào)精準(zhǔn)傳遞并激活“中層指揮官”MdPDE1，并協(xié)助其順利進(jìn)入核心司令部（細(xì)胞核），MdPDE1通過(guò)降解另一種信使分子cAMP（環(huán)核苷酸），維持耐熱基因的表達(dá)程序，促使細(xì)胞合成熱激蛋白、活性氧清除酶等“耐熱武器”，使細(xì)胞從常態(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高溫下保護(hù)水稻產(chǎn)量。

從理論到田間：設(shè)計(jì)“梯度耐熱”新品種

隨著全球氣候變暖，持續(xù)高溫或直接威脅全球糧食安全的根基。高溫會(huì)損害作物花粉活力、阻礙授粉與灌漿過(guò)程，明顯降低產(chǎn)量和品質(zhì)，這直接削弱了主糧產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)潛能，已成為當(dāng)下最嚴(yán)峻、最直接的糧食安全挑戰(zhàn)之一。因此，挖掘作物中的耐熱基因，解析耐熱機(jī)制、培育適應(yīng)未來(lái)氣候的新品種，已成為農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的迫切任務(wù)。

機(jī)制的破解為育種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)基于DGK7和MdPDE1開(kāi)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：?jiǎn)位蚋牧嫉乃局晗当葘?duì)照株系增產(chǎn)50%-60%；而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。

在松江水稻試驗(yàn)田培育出具有梯度耐熱性的水稻新株系。

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。由于機(jī)制的保守性，這項(xiàng)研究為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良提供堅(jiān)實(shí)的理論框架與寶貴的基因資源，為在全球變暖背景下保障糧食安全開(kāi)辟了新的路徑。