我国科学家破解水稻抗高温迷局：发现水稻作物内置的天然“空调系统”

记者从湖北省科技厅获悉，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关键基因——QT12，它如同水稻内置天然“空调系统”，可以保证水稻在高温下的产量和品质。4月30日，这一重要研究成果在国际权威期刊《Cell》（《细胞》）上发表。

该研究首次揭示了水稻对抗高温的奥秘武器——基因QT12。它如同作物内置天然“空调系统”，调节水稻耐高温机制。科研人员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”，将高温胁迫“拦住”，为水稻在高温环境下的同时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。

遇热则强：克隆首个品质与产量协同耐自然高温“基因开关”

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，对世界粮食安全带来严峻挑战。几个世纪以来，培育优质高产作物一直是农民和育种者的目标，但人们对高温促进垩白外观品质形成、食味降低的分子遗传基础认识非常有限。在这项研究中，经过长达10余年的灌浆期田间自然高温抗性种质的大量筛选和鉴定，研究团队利用自主研发的快速、高通量克隆作物重要农艺性状功能基因的RapMap方法（Zhangetal.NC,2021），从大田耐热水稻种质中克隆到首个调控品质耐高温的主效QTL基因QT12，该基因同时表现出优异的产量耐热性。这一发现突破了传统温室筛选、苗期鉴定方法不能反映真实环境的局限，解决了长期困扰科学界的“耐高温表型难鉴定、耐高温基因难应用”的瓶颈问题。

打破魔咒：攻克“高产不优质”的技术瓶颈

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，然而近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。然而，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、杭州和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基因导入到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，导致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，可有效保障国家和世界粮食安全。

李一博教授表示，全球气候变暖导致的极端高温天气已严重威胁主要粮食作物的产量和品质。他强调：“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。”

本研究得到了科技创新2030—生物育种重大项目、国家农业重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金联合基金重点项目、湖北洪山实验室等项目的支持。

（总台记者 张春玲 佘利霞 张文）