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【导语】在全球气候变化导致极端高温频发的背景下，水稻等粮食作物的生长和粮食安全面临严峻挑战。然而，华中农业大学李一博教授团队的一项最新研究成果为这一难题带来了希望。他们历经十余年科研攻关，成功克隆到水稻中首个调控品质耐高温的主效QTL基因QT12，该基因如同内置的“空调系统”，能有效提升水稻的耐高温能力。田间试验显示，QT12基因能显著提高水稻在高温环境下的产量和品质。这一发现不仅填补了作物灌浆期品质高温耐受性的科学空白，更为全球粮食安全和农业可持续绿色发展提供了全新的分子机制和育种策略。

作者段跃初

在全球气候变化的大背景下，极端高温天气愈发频繁，这对农作物的生长和粮食安全构成了严重威胁。水稻作为全球重要的粮食作物之一，对高温十分敏感。当气温超过34℃ ，水稻不仅会大幅减(jiǎn)产(chǎn)，稻(dào)米(mǐ)品(pǐn)质(zhì)也(yě)会(huì)严(yán)重(zhòng)劣(liè)化(huà)。但(dàn)最(zuì)近(jìn)，一(yī)则(zé)好(hǎo)消(xiāo)息(xi)传(chuán)来(lái)，让(ràng)我(wǒ)们(men)看(kàn)到(dào)了(le)解(jiě)决(jué)水(shuǐ)稻(dào)高(gāo)温(wēn)难(nán)题(tí)的(de)曙(shǔ)光(guāng)。

4月(yuè)30日(rì)，华(huá)中(zhōng)农(nóng)业(yè)大(dà)学(xué)作(zuò)物(wù)遗(yí)传(chuán)改(gǎi)良(liáng)全国(guó)重(zhòng)点(diǎn)实(shí)验(yàn)室(shì)、生(shēng)命(mìng)科(kē)学(xué)技(jì)术(shù)学(xué)院(yuàn)、湖(hú)北(běi)洪(hóng)山(shān)实(shí)验(yàn)室(shì)水(shuǐ)稻(dào)团(tuán)队(duì)李(li)一(yī)博(bó)教(jiào)授(shòu)课(kè)题(tí)组(zǔ)的(de)一(yī)项(xiàng)研(yán)究(jiū)成(chéng)果(guǒ)，4月(yuè)30日(rì)发(fā)表(biǎo)于(yú)国(guó)际(jì)期(qī)刊(kān)《细(xì)胞(bāo)》。该(gāi)研(yán)究(jiū)首(shǒu)次(cì)揭(jiē)示(shì)了(le)水(shuǐ)稻(dào)对(duì)抗(kàng)高(gāo)温(wēn)的(de)奥(ào)秘(mì)武(wǔ)器(qì)——基(jī)因(yīn)QT12 ，它(tā)就(jiù)像(xiàng)水(shuǐ)稻(dào)内(nèi)置(zhì)的(de)天(tiān)然(rán)“空(kōng)调(diào)系(xì)统(tǒng)”，能(néng)调(diào)节(jié)水(shuǐ)稻(dào)的(de)耐(nài)高(gāo)温(wēn)机(jī)制(zhì)。

为(wèi)了(le)找(zhǎo)到(dào)水(shuǐ)稻(dào)抗(kàng)高(gāo)温(wēn)的(de)关键基(jī)因(yīn)，李一博教授团队耗时10余年，开展了一场艰苦卓绝的科研攻关。他们突破了传统温室筛选等方法不能反映真实环境的局限，在水稻灌浆期对田间自然高温抗性种质进行海量筛选和鉴定。从全球范围内约上万份水稻种资源中，筛选出8份抗高温的种质资源，又用9年时间进(jìn)行(xíng)大(dà)量(liàng)遗(yí)传(chuán)分(fēn)析(xī)，最(zuì)终(zhōng)成(chéng)功(gōng)从(cóng)大(dà)田(tián)耐(nài)热(rè)水(shuǐ)稻(dào)种(zhǒng)质(zhì)中(zhōng)克(kè)隆(lóng)到(dào)首(shǒu)个(gè)调(diào)控(kòng)品(pǐn)质(zhì)耐(nài)高(gāo)温(wēn)的(de)主效(xiào)QTL基(jī)因(yīn)QT12 ，解(jiě)决(jué)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。

QT12基因的作用机制十分巧妙，恰似古法淬火工艺。当高温来袭，QT12的自然变异会与蛋白复合体NF-Y相互作用，形成初级 - 次级“双生锁” ，锁住高温开关系统。这一过程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，如同在稻谷籽粒内部构建起分子级的“防火墙”，将高温胁迫“拦住” ，从而保证水稻在高温环境下也能维持较好的生长状态，实现优质高产。

科研团队的努力没有白费，QT12基因在田间试验中表现出色。在2023年和2024年长江流域极端高温下的大规模田间试验中，低表达QT12基因在高温环境下展现出很强的耐热性。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，将QT12基因导入到杂交稻配组最多的主栽品种“华占”中，同样取得显著成效。高温下“华占”的结实率、单株产量和稻米品质均明显提升，小区产量分别增加了49.1%、77.9%和31.2% ，进一步验证了QT12基因在高温环境下的积极作用和综合育种实力。

目前，李一博教授团队已与隆平高科、安徽荃银等多家国内龙头企业达成转化开发意向协议。这意(yì)味(wèi)着QT12基因有望尽快应用于水稻育种实践，大规模推广到长江中下游及南方稻区，提升高温下我国水稻总产量稳定性，为保障国家粮食安全贡献重要力量。

全球平均气温每升高1℃ ，水稻产量就可能减少6.6% - 25% ，稻米品质也会随之下降，世界粮食安全面临着严峻挑战。李一博教授团队的这一研究成果，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，也为解决全球粮食安全与农业可持续绿色发展问题提供了全新的分子机制和育种策略，具有重大的理论意义和实践价值，让我们在应对气候变化、保障粮食安全的道路上迈出了坚实的一步。

相信在科学家们的不懈努力下，未来会有更多像QT12基因这样的科研成果涌现，帮助我们更好地应对粮食安全挑战，守护好全球粮食供应的稳定。

参考文献：

1、新研究有望让水稻不再“怕热”｜新华社

2、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”｜央视新闻