为破解“高温警报”密码，中国科学家培育出具有耐热梯度的新水稻品种

北京时间2025年12月3日，中国科学院植物分子科学卓越中心林红轩研究员团队与上海交通大学林友春研究员团队、广州国家实验室李一学研究员团队合作，在国际期刊权威学术期刊《Cell》上发表了题为“植物热传感的逐步解码机制结合脂质重塑和核信号级联反应”的研究论文。研究结果破译了水稻高温传感和高温响应的双重封锁密码，揭示了植物中一系列持续激活和调节的热信号传感机制，通过对这一机制进行基因改良，我们成功培育出具有梯度热气味的水稻新品种，支持耐高温分子育种，为粮食产量下降提供新的解决方案。由于全球变暖而产生。 TT2-DGK7-MdPDE1 热信号网络。本文所有照片均由中国科学院植物分子科学卓越中心提供。打破“双密码锁”：从细胞膜到细胞核的通讯植物细胞在高温下如何“识别”和“反应”？高温会引起细胞膜成分的变化，导致“膜脂重塑”。然而，细胞如何“识别、转化和解释”这种变化仍然是一个未解之谜。经过多年的努力，研究小组鉴定出了水稻中两个重要的调节因子：DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它们就像一系列经过精确校准的“警报系统”，一步步将高温物理信号转化为细胞能够理解的“生物指令”，完成从细胞边缘到细胞核的“通讯”。时间他的发现系统地连接了从细胞膜脂质重塑到核信号级联的整个过程，并解决了该领域长期存在的问题。第一个密码是细胞膜中的“脂质密码”。当“高温危机”到达植物细胞的质膜时，膜“感觉”DGK7首先被激活，破译并释放第一个响应信号，并大量产生一种名为“磷脂酸（PA）”的脂质信使。这个过程完成了信号的初始转换和放大，将高温f外部物理转化为细胞内的化学警报。这个警报（DGK7磷酸化）被激活，“监视军”的G蛋白也被抑制，起到强有力的刹车作用，防止细胞引起过度的警报和反应，维持整体内部的稳定和平衡。第二级是细胞核中的“环核苷酸密码”。 PA 进入细胞后作为信使，精准传递高温信号，激活“中指挥官”MdPDE1，促进顺利进入总部（细胞核）。 MdPDE1通过降解另一种信使分子cAMP（环核苷酸）来维持耐热基因表达程序，促使细胞合成热休克蛋白、活性氧清除酶等“耐热武器”，将细胞从正常状态切换到“高温应急状态”。抵抗高温胁迫，产生耐热表型。DGK7和MdPDE1保护水稻高产从理论到实践：设计具有“渐进耐热性”的新品种 随着全球气候变暖，持续的高温会直接威胁全球粮食安全的基础。高温会损害作物的花粉活力，阻碍授粉和灌浆过程，并显着降低产量和品质。削弱了主粮产区的生产力，是当今粮食安全面临的最严重、最直接的挑战之一。为此，农业科技领域迫切需要发现农作物的耐热基因，分析耐热机制并开发适应未来气候的新品种。机制中的裂缝为播放提供了精确的目标。研究团队基于DGK7和MdPDE1进行遗传设计，并在模拟高温现场实验中取得了满意的结果。与对照品系相比，单基因改良的水稻品系产量提高了 50% 至 60%。另一方面，用TT2和DGK7加倍改良的品系表现出大约是对照品系的两倍的产量，并且在正常条件下，稻米品质优于对照品系，且不影响产量。松江实验研究室培育出耐热梯度水稻新品种冰原。这意味着科学家不仅可以提高作物的耐热能力，还可以设计出“梯度耐热”品种，以适应作物不同地区的气候需求，并像它们一样精确地调节用量，即使在高温环境下也能保持作物稳定产量。由于该机制的保守性，该研究为主粮作物的耐热育种和改良提供了坚实的理论框架和宝贵的遗传资源，为全球变暖背景下确保粮食安全开辟了新途径。
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