来源：科技导报第10期科技新闻-深度报道。译自

Science
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作者：Erik Stokstad

单个基因赋予水稻耐高温性——新发现有望让水稻在高温天气下维持优质与稳产

水稻是喜温作物。然而，在进入花期后，夜间高温环境可能导致水稻减产，并形成垩白粒。育种家已着手解决这些问题，但进展十分缓慢，随着气候变化风险加剧，这一挑战愈加严峻。

十年追“热”：从田间到基因的突破

经过10余年探索，中国研究人员于2025年4月30日在Cell上发表研究，揭示了一种关键基因。研究证实，该基因的自然变异体可在高温环境下同时维持水稻产量与品质。对此，阿肯色州立大学研究水稻高温胁迫的植物生物化学家Argelia Lorence表示，“这项研究是一项重大突破”。她指出，除水稻以外，该基因可能对其他作物有着更广泛的影响，小麦、玉米等面临类似热害问题的谷物同样携带该基因。

气温上升对水稻生产的威胁与日俱增。菲律宾国际水稻研究所（IRRI）2004年发表的一项标志性研究发现，1979—2003年，夜间平均气温每升高1℃，水稻产量就下降10%。在亚洲和非洲的许多水稻种植区，夜间升温速度始终是白天的2倍。

白天天气酷热难耐，越南一些稻农改为在晚上夜晚耕作。(法新社照片)

2012年，中国某研究团队开始筛选耐高温的水稻品种。在华中农业大学植物遗传学家李一博的带领下，该团队在中国夜间温度较高的4个地区种植了533个水稻品种。水稻收割后，该团队通过简单统计白色不透明籽粒的数量，评估了籽粒的垩白度，其中，“成恢448”和“OM1723”2个实验品种表现突出。通过品种杂交和追踪杂交种的遗传标记，该团队最终锁定位于12号染色体上的决定“品质耐热”性状的基因，并将其命名为QT12。

高温胁迫的分子密码

经过进一步实验，该团队揭示了QT12基因在高温环境下引发问题并导致形成垩白粒的具体过程。在常温环境下，调控该基因的3种转录因子会结合成复合体，而在高温环境下，其中1种因子发生脱离，并结合到激活QT12基因的启动子区域。这一基因调控变化会干扰内质网（协助蛋白质折叠和分子运输的关键细胞器），进而导致胚乳（构成籽粒的组织）中蛋白质储藏减少，淀粉堆积增多。淀粉分子排列不紧密，其他研究人员已经证实，这正是籽粒呈现垩白的原因，而且会导致稻米加工时易碎易断裂，蒸煮后口感黏腻。

在未来的研究中，李一博及其团队将重点探究QT12基因调控的改变如何影响稻米产量。阿肯色大学植物生物技术专家Vibha Srivastava提出一种假设：内质网功能紊乱会干扰开花过程，降低结实率，从而造成减产。

双效增益的基因实证

基因编辑实验证实，QT12基因确实会同时影响稻米产量和品质。研究人员敲除某一热敏感水稻实验株系的QT12基因后，发现经修饰的水稻产量保持稳定，而未经修饰的水稻则减产58%。对此，Srivastava兴奋地表示，尽管水稻商业品种的基因编辑仍存在难题，但该研究发现有望为水稻耐热性改良带来助益。

传统育种的基因革命

传统育种也可能于此受益。李一博团队鉴定出QT12基因在高温胁迫下保持惰性的多个变异体（等位基因），并将“成恢448”品种中的2个QT12等位基因导入温敏型水稻“华占”（中国杂交稻培育广泛使用的育种材料）。田间试验表明，改良版“华占”水稻的耐高温表现明显更优，不同试验地区增产率为31%~78%，稻米垩白率仅为10%，而常规“华占”品种的垩白率为60%。

此外，李一博团队还发现，保护性等位基因在栽培稻亚种籼稻中并不罕见，而籼稻比亚洲另一重要栽培稻亚种粳稻的耐高温性更强。通过分析全球4726个水稻品种，该团队发现，有18%的品种携带QT12耐热等位基因，但能够适应寒冷气候的粳稻测试品种均未携带该基因。推测认为，在未知遗传机制的情况下，低纬度地区的育种家或稻农可能在历史某个节点选择保留了QT12的有利等位基因，以抵御高温对水稻产量的影响。

单个基因能同时影响稻米品质和产量2个重要性状，Srivastava十分感叹，并表示“这是一项了不起的发现”。李一博透露，华中农业大学已经与中国主要水稻育种企业签署协议，计划共同培育耐热种系。他表示，“希望广大育种工作者能够关注我们的研究成果，并积极应用到水稻生产中”。路易斯安那州立大学水稻育种家Adam Famoso对此很感兴趣，尝试在当地水稻品种中纳入QT12等位基因。他设想，“如果我们能取得类似的研究成果，将产生巨大影响”。

国际水稻研究所稻米品质研究人员Nese Sreenivasulu预测，这一研究发现将为温带地区种植粳稻品种带来最大效益，这些地区目前的水稻作物对高温尤为敏感。但他认为，若想完全保护热带地区籼稻品种免受夜间30°C高温影响，仅靠单个基因提供的保护远远不够。他表示，科学家仍需继续筛选种质资源，“我们必须找到耐极端高温的种系”。

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