12月19日，《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)布了2025年度十大科學(xué)突破進(jìn)展。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的一項(xiàng)研究成果入選。該校水稻團(tuán)隊(duì)李一博教授課題組發(fā)現(xiàn)一種讓水稻“不怕熱”的關(guān)鍵基因，并解析了其調(diào)控水稻耐高溫的機(jī)制。
李一博教授（中）和團(tuán)隊(duì)成員。學(xué)校供圖
全球變暖背景下，極端高溫事件頻發(fā)，對(duì)糧食產(chǎn)量及品質(zhì)帶來嚴(yán)重影響。聯(lián)合國政府間氣候變化委員會(huì)預(yù)測(cè)，全球平均氣溫每升高1℃，會(huì)導(dǎo)致主要糧食作物減產(chǎn)19.7%。至2040年，高溫將使全球糧食減產(chǎn)30%至40%。而水稻是全球最重要的糧食作物之一，高溫不僅會(huì)導(dǎo)致水稻減產(chǎn)，還會(huì)增加水稻籽粒堊白，嚴(yán)重影響外觀及口感。如何實(shí)現(xiàn)水稻在高溫環(huán)境下穩(wěn)產(chǎn)，培育抗高溫新品種具有重大戰(zhàn)略意義。
課題組歷經(jīng)10余年研究，突破傳統(tǒng)溫室篩選等方法不能反映真實(shí)環(huán)境的局限，從來自中國、菲律賓、巴基斯坦、印度尼西亞、埃及、印度等國家萬份種質(zhì)中進(jìn)行了大量遺傳分析，篩選出了水稻對(duì)抗高溫的關(guān)鍵基因QT12。
研究顯示，當(dāng)高溫來襲時(shí)，QT12會(huì)與蛋白復(fù)合體NF-Y相互作用，在稻谷籽粒內(nèi)部構(gòu)建起分子級(jí)的“防火墻”攔住高溫威脅，同時(shí)能幫助儲(chǔ)藏蛋白與淀粉在合成過程中保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，以穩(wěn)定稻米品質(zhì)和產(chǎn)量。
低表達(dá)QT12協(xié)同提高籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量耐熱性。學(xué)校供圖
李一博介紹，團(tuán)隊(duì)在高溫期沿長江流域進(jìn)行了大規(guī)模田間試驗(yàn)。他們將QT12導(dǎo)入到雜交稻品種“華占”中，顯著提高了其結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量和稻米品質(zhì)，在武漢、杭州和長沙的小區(qū)產(chǎn)量分別增加了49.1%、77.9%和31.2%，進(jìn)一步驗(yàn)證了QT12在高溫環(huán)境下的積極作用，為水稻在高溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供了全新的分子機(jī)制和育種策略。
相關(guān)成果于今年4月30日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。中國科學(xué)院院士林鴻宣高度評(píng)價(jià)該研究，他表示，研究從根本上解決了高溫脅迫下水稻產(chǎn)量與品質(zhì)難以協(xié)同提升的世界性難題。田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該基因開關(guān)系統(tǒng)能在高溫下顯著提升產(chǎn)量并改善稻米品質(zhì)，為應(yīng)對(duì)氣候變化提供了突破性解決方案，其機(jī)制還可拓展至其他禾本科作物，具有廣泛的應(yīng)用前景和戰(zhàn)略意義。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)目前已與國內(nèi)多家企業(yè)達(dá)成成果轉(zhuǎn)化開發(fā)意向協(xié)議，將加快應(yīng)用于育種實(shí)踐。
