高溫也能高產好米？我國研究人員揭示關鍵基因→

來源：科技導報第10期科技新聞-深度報道。譯自

Science

作者：Erik Stokstad

單個基因賦予水稻耐高溫性——新發現有望讓水稻在高溫天氣下維持優質與穩產

水稻是喜溫作物。然而，在進入花期后，夜間高溫環境可能導致水稻減產，并形成堊白粒。育種家已著手解決這些問題，但進展十分緩慢，隨著氣候變化風險加劇，這一挑戰愈加嚴峻。

十年追“熱”：從田間到基因的突破

經過10余年探索，中國研究人員于2025年4月30日在Cell上發表研究，揭示了一種關鍵基因。研究證實，該基因的自然變異體可在高溫環境下同時維持水稻產量與品質。對此，阿肯色州立大學研究水稻高溫脅迫的植物生物化學家Argelia Lorence表示，“這項研究是一項重大突破”。她指出，除水稻以外，該基因可能對其他作物有著更廣泛的影響，小麥、玉米等面臨類似熱害問題的谷物同樣攜帶該基因。

氣溫上升對水稻生產的威脅與日俱增。菲律賓國際水稻研究所（IRRI）2004年發表的一項標志性研究發現，1979—2003年，夜間平均氣溫每升高1℃，水稻產量就下降10%。在亞洲和非洲的許多水稻種植區，夜間升溫速度始終是白天的2倍。

白天天氣酷熱難耐，越南一些稻農改為在晚上夜晚耕作。(法新社照片)

2012年，中國某研究團隊開始篩選耐高溫的水稻品種。在華中農業大學植物遺傳學家李一博的帶領下，該團隊在中國夜間溫度較高的4個地區種植了533個水稻品種。水稻收割后，該團隊通過簡單統計白色不透明籽粒的數量，評估了籽粒的堊白度，其中，“成恢448”和“OM1723”2個實驗品種表現突出。通過品種雜交和追蹤雜交種的遺傳標記，該團隊最終鎖定位于12號染色體上的決定“品質耐熱”性狀的基因，并將其命名為QT12。

高溫脅迫的分子密碼

經過進一步實驗，該團隊揭示了QT12基因在高溫環境下引發問題并導致形成堊白粒的具體過程。在常溫環境下，調控該基因的3種轉錄因子會結合成復合體，而在高溫環境下，其中1種因子發生脫離，并結合到激活QT12基因的啟動子區域。這一基因調控變化會干擾內質網（協助蛋白質折疊和分子運輸的關鍵細胞器），進而導致胚乳（構成籽粒的組織）中蛋白質儲藏減少，淀粉堆積增多。淀粉分子排列不緊密，其他研究人員已經證實，這正是籽粒呈現堊白的原因，而且會導致稻米加工時易碎易斷裂，蒸煮后口感黏膩。

在未來的研究中，李一博及其團隊將重點探究QT12基因調控的改變如何影響稻米產量。阿肯色大學植物生物技術專家Vibha Srivastava提出一種假設：內質網功能紊亂會干擾開花過程，降低結實率，從而造成減產。

雙效增益的基因實證

基因編輯實驗證實，QT12基因確實會同時影響稻米產量和品質。研究人員敲除某一熱敏感水稻實驗株系的QT12基因后，發現經修飾的水稻產量保持穩定，而未經修飾的水稻則減產58%。對此，Srivastava興奮地表示，盡管水稻商業品種的基因編輯仍存在難題，但該研究發現有望為水稻耐熱性改良帶來助益。

傳統育種的基因革命

傳統育種也可能于此受益。李一博團隊鑒定出QT12基因在高溫脅迫下保持惰性的多個變異體（等位基因），并將“成恢448”品種中的2個QT12等位基因導入溫敏型水稻“華占”（中國雜交稻培育廣泛使用的育種材料）。田間試驗表明，改良版“華占”水稻的耐高溫表現明顯更優，不同試驗地區增產率為31%~78%，稻米堊白率僅為10%，而常規“華占”品種的堊白率為60%。

此外，李一博團隊還發現，保護性等位基因在栽培稻亞種秈稻中并不罕見，而秈稻比亞洲另一重要栽培稻亞種粳稻的耐高溫性更強。通過分析全球4726個水稻品種，該團隊發現，有18%的品種攜帶QT12耐熱等位基因，但能夠適應寒冷氣候的粳稻測試品種均未攜帶該基因。推測認為，在未知遺傳機制的情況下，低緯度地區的育種家或稻農可能在歷史某個節點選擇保留了QT12的有利等位基因，以抵御高溫對水稻產量的影響。

單個基因能同時影響稻米品質和產量2個重要性狀，Srivastava十分感嘆，并表示“這是一項了不起的發現”。李一博透露，華中農業大學已經與中國主要水稻育種企業簽署協議，計劃共同培育耐熱種系。他表示，“希望廣大育種工作者能夠關注我們的研究成果，并積極應用到水稻生產中”。路易斯安那州立大學水稻育種家Adam Famoso對此很感興趣，嘗試在當地水稻品種中納入QT12等位基因。他設想，“如果我們能取得類似的研究成果，將產生巨大影響”。

國際水稻研究所稻米品質研究人員Nese Sreenivasulu預測，這一研究發現將為溫帶地區種植粳稻品種帶來最大效益，這些地區目前的水稻作物對高溫尤為敏感。但他認為，若想完全保護熱帶地區秈稻品種免受夜間30°C高溫影響，僅靠單個基因提供的保護遠遠不夠。他表示，科學家仍需繼續篩選種質資源，“我們必須找到耐極端高溫的種系”。

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