破解水稻高溫急救密碼！川農大欽鵬、李仕貴團隊Nature發文！

炎炎烈日正在悄悄“烤驗”我國水稻生產。近年來，全球氣候變暖，極端高溫事件頻發，對水稻產量造成嚴重影響。據報道，全球平均氣溫每升高1℃，將直接導致水稻產量減少6.6%至25%，如何培育更耐熱、更穩產的水稻品種，已成為保障糧食安全的重要課題。

7月1日，我校水稻研究所欽鵬、李仕貴團隊聯合中國科學技術大學生命科學與醫學部向成斌、孫林峰團隊，在國際學術期刊《自然》發表題為《熱觸發的磷脂翻轉穩定質膜流動性》研究論文。該研究揭示了水稻在高溫來襲時快速保護細胞膜穩定性的新機制，并挖掘到一個有助于水稻高溫下穩產的稀有單倍型，為耐熱水稻育種提供了新的思路和基因資源。

論文發表截圖

“就地加固” 讓水稻快速獲救

每年7至8月是我國南方水稻抽穗開花和結實形成的關鍵期，高溫往往導致水稻結實率和產量嚴重下降。2013年，欽鵬、李仕貴團隊在實驗材料中觀察到高溫導致結實率大幅下降的現象，由此開始研究高溫脅迫下水稻結實率和產量穩定性的遺傳機制。

高溫會導致水稻細胞膜的穩定性受到破壞。一旦高溫超過細胞能夠承受的范圍，細胞膜就可能變得過度流動，出現離子滲漏、細胞受損甚至死亡等問題，最終導致水稻植株結實率下降、產量受損。

團隊研究發現，在水稻的細胞膜上，有一個由OsALA5和OsALIS2組成的蛋白復合體，在遇到高溫后會優先將飽和磷脂酰膽堿這一類有助于穩定膜結構的脂質分子快速翻轉到質膜胞質側，相當于把“加固材料”搬到細胞質膜更容易失穩的一側，從而快速穩定細胞質膜。這項新發現打破了人們認為植物主要依靠重塑膜脂組成來適應溫度變化的固有認知。

高溫下OsALA5-OsALIS2選擇性促進飽和PC翻轉

“不只有重塑，還有重新分布。”欽鵬表示，以往大家認為，植物遇到高溫后會通過信號傳遞啟動基因表達，重新合成或改造膜脂，這通常需要較長時間。一旦急性高溫發生后，就極易造成細胞膜失穩。此次新發現表明水稻并不一定在高溫來襲時馬上重新制造大量新的膜脂，也可以先把已有的穩定性脂質快速調配到最需要的位置。這種“就地加固”的方式，讓細胞膜能夠在高溫早期迅速獲得保護。不僅在水稻，團隊在擬南芥、酵母中也發現了類似現象。

攻克難關 讓水稻高溫下也能穩產

該項研究最難的部分就是要獲得足夠純凈的細胞質膜樣品，以便進一步分析質膜兩側脂質分布。為此，團隊花費2年時間創新了研究技術，率先與國內公司合作，運用自由流電泳（FFE）技術分離高純度細胞質膜，建立起高純度、高精度細胞膜兩側的脂質分析新體系，大幅提升細胞膜脂質組分析的精準性、可靠性、可重復性，把細胞膜脂質研究的精度推向了全新高度。

團隊還從2236份水稻自然資源中挖掘到OsALA5的一個稀有優異單倍型Hap7，將其導入不耐高溫的水稻品種中，分別于2024年、2025年在成都、重慶、長沙等地進行田間實驗，結果發現其耐高溫能力明顯提高。尤其在氣溫最高的長沙，其兩年結實率分別提高47.19%和61.59%，顯示出良好的育種利用潛力。

OsALA5 優異單倍型Hap7提高水稻耐高溫

“這些發現為作物耐熱改良提供了新的思路。”欽鵬表示，比如可挖掘OsALA5及其在不同作物中同源基因的自然變異用于品種改良，從而保證糧食穩產。

目前，團隊已經建立了耐高溫的篩選鑒定平臺，重新設計了更精準控制溫度和濕度的溫室。同時根據歷史氣候記錄，選擇在位于川南的瀘州建立了大田鑒定實驗基地。“只有把溫室精準控制和大田真實環境結合起來，才能讓研究結果更接近生產實際。”

團隊已經把目光投向了尋找新的研究范式，更高效地開展研究，力爭發現更多未被廣泛利用的優異耐高溫自然變異，為培育高溫脅迫下穩產的水稻新品種提供更加完整的遺傳資源。

欽鵬、李仕貴表示，將緊扣保障國家糧食安全、建設農業強國等重大戰略需求，繼續帶領團隊堅守科學底線，秉持刨根問底、深度思考的科學態度，一手抓基礎研究，一手抓品種選育，為守護大國糧倉貢獻更多力量。

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文字 | 張喆 水稻研究所

編輯 | 張馨玉 張湘敏 麻書彰

責編 | 高智煜

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