全球粮食安全正面临耕地减少与人口增长的双重压力。2026年8月21日，中国农业科学院中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室张健研究员和应杰政研究员团队在《Science》杂志在线发表了题为“TGW1a locus simultaneously shortens growth duration and boosts grain yield in rice”的研究论文。该研究通过数量性状位点克隆和分子遗传学分析鉴定到名为TGW1a的基因位点，这个基因编码磷脂酰乙醇胺结合蛋白，能够同时促进水稻早开花、提高氮素利用效率并增加千粒重。中国水稻研究所副研究员李志永、副研究员李冠为论文共同第一作者，张健研究员 、应杰政研究员 为论文共同通讯作者。这是该所首次以第一单位、第一完成人在Science发表原创科研成果。
研究团队利用生育期和产量性状差异显著的籼稻品种黄华占（HHZ）和粳稻品种吉资1560（JZ）构建重组自交系群体，在水稻第1号染色体短臂上定位到一个同时控制抽穗期和千粒重的主效QTL并命名为qTGWIa。团队的近等基因系表型分析显示携带JZ来源等位基因的材料在长日和短日条件下均比携带HHZ等位基因的材料提早约6天抽穗，千粒重增加5.3%至7.5%，单株产量提高约11%。随后团队通过精细定位将目标区域缩小至13.2 kb的区间，该区间仅包含一个开放阅读框LOC_Os01g11940并编码一类PEBP家族蛋白。进一步地遗传互补实验证实该基因即为TGW1a，互补系在田间表现出比受体品种早收获约5.7天、增产约4.7%的优良性状。
在分子机制层面，研究团队发现TGW1a在营养组织中能够与已知的氮利用效率调控因子Hd1和Ghd7蛋白发生物理互作，通过阻止它们经由26S蛋白酶体途径降解来增强其蛋白稳定性。而稳定的Hd1和Ghd7蛋白进一步激活下游多个氮代谢相关基因的转录，其中包括硝酸盐转运蛋白基因OsNRT1.1b和铵转运蛋白基因OsAMT1.2。氮素利用效率的提升为籽粒灌浆提供了更充足的同化产物，使得即使在生育期缩短的条件下籽粒大小和千粒重仍然显著增加。在生殖生长转换阶段，TGW1a在茎尖分生组织中激活多个MADS-box开花关键基因的表达，进而推动植株由营养生长向生殖生长的转变。
随后团队对TGW1a启动区自然变异的系统分析揭示了该基因在不同水稻亚种间的演化规律。他们在159份水稻核心种质中启动子区域的序列差异可归为三种主要单倍型，以HHZ为代表的HapHHZ型在启动子−1442位置插入了约12.9 kb的逆转录转座子序列并几乎完全破坏了启动子的转录活性。以日本晴（NIP）为代表的HapNIP型在−160位置发生了993 bp的缺失反而增强了启动子的活性，而以JZ为代表的HapJZ型则保留了完整的祖先型启动子结构。作者的进化分析表明HapJZ是所有AA基因组野生稻中的唯一单倍型，上述两种突变大约在55万年前才出现并导致了籼粳亚种间的分化。团队进一步的瞬时表达和转基因材料分析证实HapNIP型启动子活性最高但导致抽穗过晚或过早，HapHHZ型活性极低，只有HapJZ型的中等转录水平才能实现早熟与高产的协调。
研究团队还发现TGW1aJZ优异等位基因在长期育种过程中并未被充分利用，因为它与一个控制每穗粒数的负效等位基因Gn1aZ存在紧密连锁。通过标记辅助选择将该优异单倍型块TGW1aJZ-Gn1aHHZ导入五个现代水稻品种及其杂交种中，多年多点田间试验结果显示这些导入系在保持或提高原有品种产量潜力的同时生育期缩短了3.67至8.67天，籽粒产量增加了4.22%至11.00%。该研究成果为水稻短生育期和高产协同改良提供了重要的基因资源和育种策略，对保障我国乃至全球的粮食安全具有重要应用价值。
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