籼稻和粳稻的“爱情”需要温度！——华南农业大学陈乐天/刘耀光团队破解籼粳杂种不育的温度密码

水稻的“爱情开关”：温度如何决定籼稻和粳稻的“婚配”成败？

你或许不知道，中国两大主粮水稻——籼稻和粳稻，就像两个“世仇家族”的成员，虽然同属世家，却偏偏“基因不合”，很难生育后代。

这个困扰农业界几十年的难题，最近被破解了！华南农业大学陈乐天/刘耀光院士团队发现了籼粳杂种不育的“温度开关”，这一新发现发表在国际顶级期刊Molecular Plant，更有望让杂交水稻产量再上一个台阶。

为什么籼稻和粳稻“八字不合”？

故事要从水稻的“爱情基因”说起。研究团队早就发现，水稻1号染色体上有个叫Sa的“婚姻基因座”，它像个严格的“婚配审查官”，掌握着花粉的生死大权。

这个基因座里有三个关键角色：

• SaF+和SaM+：一对“杀手组合”，专门干掉不喜欢的花粉
• SaFL+：强力“保镖”，能保护花粉免遭毒手

在籼稻（热带水稻）中，强力“保镖”SaFL+能抑制杀手复合体SaF+和SaM+的毒害作用，所以免遭毒手；在粳稻（温带水稻）中，SaFL-是个“弱鸡保镖”，而SaF-和SaM-丧失了杀手功能，所以不会被害。当两者杂交，杀手组合在低温下大杀四方，导致携带“弱鸡保镖”的花粉死亡，使得杂种花粉存活率下降到54.9%。

温度：意外的“和事佬”

研究团队意外发现，夏天的高温竟然能让这对“冤家”和解！

在广州的早季种植（28-33°C），杂交水稻花粉存活率从54.9%飙升到76.5%；在人工气候箱里32°C培养，存活率更是高达84%！就像给这对“小夫妻”开了暖气，彼此感情得到升温，夫妻矛盾得以缓和。

这背后的机制很精妙：

1. 低温时：SaF+ 和SaM + 结合成“杀手团伙”，像台精密粉碎机，把线粒体里的ROS“清道夫”蛋白COX11降解掉

2. 结果：活性氧（ROS）爆发，花粉被“毒死”

3. 高温时：“弱鸡保镖”SaFL- 虽然弱，但在高温时能勉强抢占SaM + ，离间杀手团伙

4. 结果：COX11得以行使ROS清除功能，花粉活下来

进化的智慧：纬度的印记

这个“温度开关”不是偶然，而是水稻适应环境的进化杰作！

研究团队分析了2496份水稻样本，发现：

• G1型（无杀手+弱保镖）：入主高纬度温带，成为粳稻主流
• G4型（强杀手+强保镖）：雄霸低纬度（亚）热带，成为籼稻主流
• G2型（强杀手+弱保镖）：最惨！只能呆在热带，稍微往北迁移就绝后

数据表明，Sa基因座的变异与水稻从热带向温带的扩张路线完美吻合。这就像是进化给水稻装了个“纬度感应器”，让不同品种在适合自己的温度带安居乐业，也无意中造成了籼粳亚种间的生殖隔离。

未来：杂交水稻的新希望

这项发现不仅是理论突破，更是育种实践的“及时雨”！

三大应用方向：

1. 破除杂交障碍：定向破坏强杀手SaF+ 或SaM + 能帮助消除籼粳杂交不育。

2. 新型不育系：利用G2型材料的“高温可育、低温不育”特性，研发反温敏不育系，创制新型两系杂交制种体系，实现全年周期制种。

3. 适应气候变化：在全球变暖背景下，这个温度敏感系统可帮助水稻更好适应新环境。

Sa在水稻亚种间分化及其介导的杂种不育的机制模型

华南农业大学博士后李构思和张雅玲（现为中国科学院分子植物科学卓越创新中心助理研究员）为该论文的共同第一作者，陈乐天教授和刘耀光院士为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金重点项目和广东省“十四五”农业科技创新十大重点攻关揭榜挂帅项目、广东省振兴种子产业项目和广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。

陈乐天/刘耀光团队

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.12.008