我國科學家破解水稻抗高溫迷局

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 程墨 通訊員 蔣朝常）記者從華中農業(yè)大學獲悉，經(jīng)過數(shù)年研究，華中農業(yè)大學作物遺傳改良全國重點實驗室、生命科學技術學院、湖北洪山實驗室水稻團隊李一博教授課題組，發(fā)現(xiàn)了水稻對抗高溫的奧秘武器——基因QT12，4月30日，這一重要研究成果在國際期刊《細胞》（Cell）上發(fā)表。

據(jù)介紹，該團隊利用大規(guī)模田間自然高溫鑒定的稀有抗性種質進行大量遺傳分析，發(fā)現(xiàn)了具有我國自主知識產權的關鍵基因QT12，其作用機制恰似古法淬火工藝：當高溫來襲，QT12自然變異與NF-Y蛋白復合體形成的初級-次級“雙生鎖”，鎖住高溫開關系統(tǒng)，既平衡了儲藏蛋白與淀粉的合成穩(wěn)態(tài)，又穩(wěn)定了稻米品質和產量，如同在籽粒內部構建起分子級“防火墻”，將高溫脅迫“攔住”，為水稻在高溫環(huán)境下的同時實現(xiàn)優(yōu)質高產提供了全新的分子機制和綠色發(fā)展的育種策略。

近20年來，全球氣候變化導致極端高溫天氣頻發(fā)，嚴重威脅全球農業(yè)生產，對糧食作物產量和品質的影響更為突出。多國農業(yè)模型分析及統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全球平均氣溫每升高1℃，將直接導致水稻產量減少6.6%–25%，同時伴隨稻米品質的嚴重劣化，對世界糧食安全帶來嚴峻挑戰(zhàn)。

長江流域是我國第一大水稻主產區(qū)，種植面積和年產量均約占全國總量的三分之二，但近10年來該稻區(qū)極端高溫天氣頻發(fā)，給水稻穩(wěn)產與優(yōu)質帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。QT12基因的研究為這一難題帶來了突破性解決方案。通過2023和2024年武漢、杭州和長沙等長江流域極端高溫下的大規(guī)模田間試驗，低表達QT12基因在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出很強的耐熱性：與野生型相比，CRISPR編輯的QT12基因突變株系在武漢、杭州和長沙的小區(qū)產量分別提升了92.5%、64.1%和54.7%，同時顯著降低了稻米堊白率和堊白度，提升了稻米外觀品質和食味品質；此外，QT12基因導入到雜交稻配組最多的主栽品種“華占”中的應用也取得了顯著成效，高溫下其結實率、單株產量和稻米品質均明顯提升，導致小區(qū)產量分別增加了49.1%、77.9%和31.2%；改良品系的稻米儲藏物質營養(yǎng)更加均衡、外觀品質晶瑩剔透、米飯食味性好，進一步驗證了其在高溫環(huán)境下優(yōu)質、高產、抗高溫的綜合育種實力。該研究成功打破了作物在逆境—生長與產量—品質之間的權衡瓶頸，為多位院士專家最近提倡的“綠色營養(yǎng)超級稻”育種提供了強有力的功能基因、優(yōu)良種質等技術支撐，可有效保障國家和世界糧食安全。

李一博教授表示：“該成果揭示了水稻在自然高溫環(huán)境下協(xié)同實現(xiàn)優(yōu)質高產的全新分子機制和育種策略，這一研究不僅填補了作物籽粒灌漿期品質高溫耐受性領域的科學空白，還為解決全球糧食安全與農業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展問題提供了重要理論依據(jù)和技術支持?！?/p>

本研究得到了科技創(chuàng)新2030—生物育種重大項目、國家農業(yè)重大科技項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目、湖北洪山實驗室等項目的大力支持。