近日，我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際權(quán)威期刊《細(xì)胞》上發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究成果，揭示了水稻耐高溫的關(guān)鍵基因QT12。這一發(fā)現(xiàn)不僅為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅提供了新策略，也為未來(lái)水稻育種開辟了新路徑。
隨著全球氣溫不斷攀升，極端高溫事件頻發(fā)，水稻作為世界主要糧食作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)顯示，全球氣溫每升高1℃，水稻產(chǎn)量可能減少6.6%至25%，同時(shí)稻米品質(zhì)也會(huì)下降。面對(duì)這一緊迫問題，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十多年不懈努力，終于從耐熱水稻種質(zhì)中成功克隆出QT12基因。
QT12基因被科研人員形象地稱為水稻的天然“空調(diào)系統(tǒng)”。它通過與核因子NF-Y復(fù)合體形成的初級(jí)-次級(jí)“雙生鎖”機(jī)制，精準(zhǔn)調(diào)控水稻對(duì)高溫的響應(yīng)。這一機(jī)制在高溫下能夠平衡儲(chǔ)藏蛋白與淀粉的合成，從而穩(wěn)定稻米品質(zhì)和產(chǎn)量。
研究團(tuán)隊(duì)在田間自然高溫條件下進(jìn)行了大量鑒定工作，突破了傳統(tǒng)溫室篩選的局限，成功解決了耐高溫表型難鑒定、基因難應(yīng)用的難題。他們發(fā)現(xiàn)，QT12基因的初級(jí)開關(guān)由啟動(dòng)子區(qū)域的G/A變異決定，而次級(jí)開關(guān)則在高溫驅(qū)動(dòng)下釋放抑制，激活耐熱機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)還提出了“性狀調(diào)控單倍型（TRHs）”的新概念，并解析了秈稻與粳稻耐熱性差異的分子基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)為分子育種提供了新的思路和方法。
在2023至2024年間，研究團(tuán)隊(duì)在武漢、杭州、長(zhǎng)沙等地進(jìn)行了大規(guī)模的田間試驗(yàn)。結(jié)果顯示，低表達(dá)QT12的突變株系在高溫下產(chǎn)量顯著提升，分別提高了92.5%、64.1%和54.7%。同時(shí)，稻米堊白率顯著降低，外觀與食味品質(zhì)均有所改善。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證QT12基因的育種潛力，研究團(tuán)隊(duì)將其導(dǎo)入主栽品種“華占”中。結(jié)果顯示，導(dǎo)入QT12基因的“華占”水稻在結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量和品質(zhì)方面均大幅提升。這一成果打破了“高產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)”的傳統(tǒng)魔咒，為長(zhǎng)江流域等高溫頻發(fā)地區(qū)的水稻生產(chǎn)提供了有效的解決方案。
QT12基因的研究不僅填補(bǔ)了作物灌漿期品質(zhì)耐熱領(lǐng)域的科學(xué)空白，還為“綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻”的育種提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。多位院士對(duì)該成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為其創(chuàng)新性和戰(zhàn)略意義顯著，對(duì)南北水稻品種改良及全球糧食安全具有深遠(yuǎn)影響。
