华中农大发现水稻抗高温关键基因QT12，成果发表于Cell

记者从湖北省科技厅了解到相关情况，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，历经数年开展研究，发现了水稻对抗高温的关键基因QT12，该基因就像水稻自身具备的天然“空调系统”，能够确保水稻在高温环境下的产量和品质 。4月30日，一项重要的研究成果得以发表。该成果发表在国际权威期刊《Cell》（《细胞》）上 。

该研究首次揭示了水稻对抗高温的奥秘武器，即基因QT12。它就像作物内置的天然“空调系统”，能够调节水稻的耐高温机制。科研人员利用大规模田间自然高温鉴定出的稀有抗性种质，进行了大量遗传分析，发现了具有我国自主知识产权的关键基因QT12，其作用机制如同古法淬火工艺，当高温来袭时，QT12自然变异与NF-Y蛋白复合体形成初级-次级“双生锁”，锁住高温开关系统，平衡了储藏蛋白与淀粉的合成稳态，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，全球气候变化致使极端高温天气频繁发生，这严重威胁着全球农业生产，而且对粮食作物产量和品质的影响更为显著。多国通过农业模型分析以及统计数据得出，全球平均气温每升高1℃，就会直接让水稻产量减少6.6%–25%，与此同时，还会伴随着稻米品质的严重变差，给世界粮食安全带来严峻的挑战。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，然而，人们对于高温促使垩白外观品质形成，且导致食味降低这一现象的分子遗传基础，认识极为有限。在这项研究里，研究团队花费10余年时间，在灌浆期于田间大量筛选和鉴定自然高温抗性种质，利用自主研发的RapMap方法（Zhangetal.NC,2021），此方法能快速、高通量克隆作物重要农艺性状功能基因，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，该基因同时具备优异的产量耐热性。这一发现取得了突破，突破了传统温室筛选以及苗期鉴定方法存在的局限，这种局限就是不能反映真实环境，同时解决了一个瓶颈问题，这个问题长期困扰着科学界，即“耐高温表型难鉴定、耐高温基因难应用” 。

打破魔咒：攻克“高产不优质”的技术瓶颈

长江流域是我国首要的水稻主产区，其种植面积以及年产量都大约占到全国总量的三分之二，可是近10年来这个稻区极端高温天气频繁出现，给水稻稳定产量以及保证优质带来了严峻的挑战，然而QT12基因的研究为这一难题带来了具有突破性的解决办法。2023年和2024年，在武汉、杭州和长沙等长江流域，进行了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，该突变株系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“绿色营养超级稻”育种提供了强有力的技术支撑，其中包括功能基因、优良种质等，多位院士专家最近提倡这种育种方式，该研究可有效保障国家和世界粮食安全。

李一博教授称，全球气候变暖引发了极端高温天气，这种天气已对主要粮食作物造成严重威胁，影响到了其产量和品质。他强调，该成果揭示了全新分子机制和育种策略，这是水稻在自然高温环境下协同实现优质高产的成果，这一研究不仅填补了科学空白，此空白在作物籽粒灌浆期品质高温耐受性领域，还为解决问题提供了重要理论依据和技术支撑，这些问题是全球粮食安全与农业可持续绿色发展方面的 。

本研究获得了科技创新2030—生物育种重大项目的支撑，得到了国家农业重大科技项目的扶持，取得了国家重点研发计划的资助，赢得了国家自然科学基金联合基金重点项目的助力，还得到了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）

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