華中農業(yè)大學作物遺傳改良全國重點實驗室、生命科學技術學院和湖北洪山實驗室水稻團隊李一博教授課題組，經過數(shù)年研究，發(fā)現(xiàn)了水稻對抗高溫的關鍵基因QT12。這個基因如同水稻內置的天然“空調系統(tǒng)”，可以保證水稻在高溫下的產量和品質。這項研究成果于4月30日在國際權威期刊《細胞》上發(fā)表。

該研究首次揭示了水稻對抗高溫的奧秘武器——基因QT12?？蒲腥藛T利用大規(guī)模田間自然高溫鑒定的稀有抗性種質進行大量遺傳分析，發(fā)現(xiàn)了具有我國自主知識產權的關鍵基因QT12。其作用機制類似于古法淬火工藝：當高溫來襲時，QT12自然變異與NF-Y蛋白復合體形成的初級-次級“雙生鎖”鎖住高溫開關系統(tǒng)，既平衡了儲藏蛋白與淀粉的合成穩(wěn)態(tài)，又穩(wěn)定了稻米品質和產量，為水稻在高溫環(huán)境下實現(xiàn)優(yōu)質高產提供了全新的分子機制和綠色發(fā)展的育種策略。

近20年來，全球氣候變化導致極端高溫天氣頻發(fā)，嚴重威脅全球農業(yè)生產，對糧食作物產量和品質的影響尤為突出。研究表明，全球平均氣溫每升高1℃，將直接導致水稻產量減少6.6%至25%，同時伴隨稻米品質的嚴重劣化，對世界糧食安全帶來嚴峻挑戰(zhàn)。在這項研究中，經過長達10余年的灌漿期田間自然高溫抗性種質的篩選和鑒定，研究團隊利用自主研發(fā)的快速、高通量克隆作物重要農藝性狀功能基因的RapMap方法，從大田耐熱水稻種質中克隆到首個調控品質耐高溫的主效QTL基因QT12。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)溫室篩選、苗期鑒定方法不能反映真實環(huán)境的局限，解決了長期困擾科學界的“耐高溫表型難鑒定、耐高溫基因難應用”的瓶頸問題。

長江流域是我國第一大水稻主產區(qū)，種植面積和年產量均約占全國總量的三分之二。然而，近10年來該稻區(qū)極端高溫天氣頻發(fā)，給水稻穩(wěn)產與優(yōu)質帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。QT12基因的研究為這一難題帶來了突破性解決方案。通過2023年和2024年武漢、杭州和長沙等長江流域極端高溫下的大規(guī)模田間試驗，低表達QT12基因在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出很強的耐熱性。CRISPR編輯的QT12基因突變株系在這些地區(qū)的小區(qū)產量顯著提升，同時顯著降低了稻米堊白率和堊白度，提升了稻米外觀品質和食味品質。此外，QT12基因導入到雜交稻配組最多的主栽品種“華占”中的應用也取得了顯著成效，高溫下其結實率、單株產量和稻米品質均明顯提升。該研究成功打破了作物在逆境-生長與產量-品質之間的權衡瓶頸，為多位院士專家提倡的“綠色營養(yǎng)超級稻”育種提供了強有力的功能基因和技術支撐，可有效保障國家和世界糧食安全。

李一博教授表示，全球氣候變暖導致的極端高溫天氣已嚴重威脅主要糧食作物的產量和品質。他強調，該成果揭示了水稻在自然高溫環(huán)境下協(xié)同實現(xiàn)優(yōu)質高產的全新分子機制和育種策略，不僅填補了作物籽粒灌漿期品質高溫耐受性領域的科學空白，還為解決全球糧食安全與農業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展問題提供了重要理論依據和技術支持。

這項研究得到了多個項目的支持，包括科技創(chuàng)新2030—生物育種重大項目、國家農業(yè)重大科技項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目以及湖北洪山實驗室等。