北京
记者从华中农业大学获悉，经过数年研究，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、生命科学技术学院、湖北洪山实验室水稻团队李一博教授课题组，发现了水稻对抗高温的奥秘武器——基因QT12，近日，这一重要研究成果在国际期刊《细胞》（Cell）上发表。
文章封面。图片来源：华中农业大学微信公众号
据介绍，该团队利用大规模田间自然高温鉴定的稀有抗性种质进行大量遗传分析，发现了具有我国自主知识产权的关键基因QT12，其作用机制恰似古法淬火工艺：当高温来袭，QT12自然变异与NF－Y蛋白复合体形成的初级—次级“双生锁”，锁住高温开关系统，既平衡了储藏蛋白与淀粉的合成稳态，又稳定了稻米品质和产量，如同在籽粒内部构建起分子级“防火墙”，将高温威胁“拦住”，为水稻在高温环境下实现优质高产提供了全新的分子机制和绿色发展的育种策略。
近20年来，全球气候变化导致极端高温天气频发，严重威胁全球农业生产，对粮食作物产量和品质的影响更为突出。多国农业模型分析及统计数据表明，全球平均气温每升高1℃，将直接导致水稻产量减少6.6%—25%，同时伴随稻米品质的严重劣化，给世界粮食安全带来严峻挑战。
长江流域是我国第一大水稻主产区，种植面积和年产量均约占全国总量的三分之二，但近10年来该稻区极端高温天气频发，给水稻稳产与优质带来了严峻挑战，QT12基因的研究为这一难题带来了突破性解决方案。通过2023年和2024年武汉、杭州、长沙等长江流域极端高温下的大规模田间试验，低表达QT12基因在高温环境下表现出很强的耐热性：与野生型相比，CRISPR编辑的QT12基因突变株系在武汉、杭州和长沙的小区产量分别提升了92.5%、64.1%和54.7%，同时显著降低了稻米垩白率和垩白度，提升了稻米外观品质和食味品质。此外，QT12基因导入杂交稻配组最多的主栽品种“华占”中的应用也取得了显著成效，高温下其结实率、单株产量和稻米品质均明显提升，使得小区产量分别增加了49.1%、77.9%和31.2%。改良品系的稻米储藏物质营养更加均衡、外观品质晶莹剔透、米饭食味性好，进一步验证了其在高温环境下优质、高产、抗高温的综合育种实力。该研究成功打破了作物在逆境—生长与产量—品质之间的权衡瓶颈，为多位院士专家最近提倡的“绿色营养超级稻”育种提供了强有力的功能基因、优良种质等技术支撑。
水稻品质耐热种质鉴定及其QTL主效位点QT12的克隆。图片来源：华中农业大学微信公众号
NF-Ys-QT12分子模块调控水稻品质耐热性的工作机制。图片来源：华中农业大学微信公众号
性状调控单倍型（TRHs）对籼粳分化有很大贡献。图片来源：华中农业大学微信公众号
低表达QT12协同提高籽粒品质和产量耐热性。图片来源：华中农业大学微信公众号
李一博表示：“该成果揭示了水稻在自然高温环境下协同实现优质高产的全新分子机制和育种策略，这一研究不仅填补了作物籽粒灌浆期品质高温耐受性领域的科学空白，还为解决全球粮食安全与农业可持续绿色发展问题提供了重要理论依据和技术支持。”
本文来源｜中国教育报2025年5月7日01版，原标题《我国科学家发现水稻抗高温奥秘 华中农大新成果为水稻优质高产提供技术支持》
本文作者｜中国教育报记者 程墨 通讯员 蒋朝常
责任编辑｜王佳实
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