12月3日，封面新聞?dòng)浾邚闹袊?guó)科學(xué)院獲悉，該院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合上海交通大學(xué)、廣州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，破解了水稻感知并響應(yīng)高溫的雙重密碼，闡明了從細(xì)胞膜脂質(zhì)重塑到核內(nèi)基因表達(dá)調(diào)控協(xié)同串聯(lián)的完整熱信號(hào)解碼通路，并成功創(chuàng)制出具有梯度耐熱性的水稻新種質(zhì)，助力耐高溫分子育種。相關(guān)研究成果當(dāng)日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

精準(zhǔn)設(shè)計(jì)梯度耐熱水稻實(shí)現(xiàn)高溫穩(wěn)產(chǎn)。圖據(jù)中國(guó)科學(xué)院

氣候變暖與持續(xù)高溫直接威脅全球糧食安全。因此，急需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。高溫來(lái)襲，植物細(xì)胞是如何“感知”并“響應(yīng)”？這一直是未解之謎。

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。

改良水稻田。圖據(jù)中國(guó)科學(xué)院

該機(jī)制的破解為育種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。在高溫下，單基因改良的株系比對(duì)照增產(chǎn)50%～60%；雙基因改良的株系比對(duì)照增產(chǎn)提高約一倍，且不影響正常條件下的產(chǎn)量。科學(xué)家不僅能改良作物的耐熱性，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，為水稻、小麥、玉米等主糧作物的耐熱育種改良提供扎實(shí)的理論依據(jù)與寶貴的基因資源。

封面新聞?dòng)浾?趙雨笙