摘要：在全球气候变暖，极端高温天气频发的严峻挑战下，农业生产正面临着严重威胁，水稻作为全球半数人口的主粮，其对高温尤为敏感。1-2°C的升温可能导致水稻减产20%，且高温会显著降低稻米品质 (如增加垩白度)，给世界粮食安全带来严峻挑战。
在全球气候变暖，极端高温天气频发的严峻挑战下，农业生产正面临着严重威胁，水稻作为全球半数人口的主粮，其对高温尤为敏感。1-2°C的升温可能导致水稻减产20%，且高温会显著降低稻米品质 (如增加垩白度)，给世界粮食安全带来严峻挑战。
近日，浙江农林大学森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室林木细胞器团队在JIPB发表题为"Native genetic switch enhances heat resilience, grain quality, and yield in rice"的评述文章 (https://doi.org/10.1111/jipb.70043)。文章评述了由华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、生命科学技术学院、湖北洪山实验室李一博教授团队在《CELL》上发表的题为"A natural gene on-off system confers field thermotolerance for grain quality and yield in rice"的研究论文。评述文章认为该研究首次从分子机制层面解析了水稻耐热性的遗传基础，为应对气候变化的精准育种提供了新范式。
李一博教授团队经过十余年攻关，从一个包含533份全球水稻种质的核心库中筛选出稳定耐热和热敏感的种质资源，并利用极端表型群体结合高通量SNP芯片进行遗传作图，成功鉴定到一个主效QT12位点。通过精细定位和功能验证 (包括近等基因系构建、等位基因互补、过表达及基因编辑等技术)，研究人员发现QT12编码一个保守的Sec61转位子β亚基，参与新生成肽链或未折叠蛋白的共翻译转运。该基因的表达水平与水稻耐热性呈负相关：高温下，敏感等位基因 (如QT12G)表达显著上升，而耐热等位基因 (如QT12A)表达稳定；其启动子区的一个G到A变异导致CCAAT-box功能差异，是造成耐热性差异的关键分子开关。表型分析表明，QT12通过过度激活未折叠蛋白反应 (UPR)，破坏胚乳中储藏蛋白与淀粉的物质平衡，导致垩白形成。扫描和透射电镜结果进一步证实，耐热材料能更好地维持蛋白体与淀粉粒的数量和面积比例。研究进一步解析了QT12的上游调控网络：NF-YA8、NF-YB9和NF-YC10形成一个转录复合体调控QT12表达。高温削弱NF-YB9/NF-YC10与NF-YA8的互作，从而解除对NF-YA8的抑制，使其结合QT12启动子并激活表达，构成一个温度响应的“基因开关”系统。因此，该基因如同作物内置的天然“空调系统”，在高温环境下能够有效调节水稻的耐热机制。当高温来袭时，QT12自然变异与NF-Y蛋白复合体形成初级-次级“双生锁”结构，通过锁定高温开关系统，既平衡了储藏蛋白与淀粉的合成稳态，又稳定了稻米品质和产量。
在应用层面，该基因展现出巨大潜力。2023至2024年间，在武汉、杭州和长沙等长江流域极端高温条件下的大规模田间试验表明，CRISPR编辑的QT12基因突变株系小区产量最高提升92.5%，同时显著降低了稻米垩白率和垩白度，提升了稻米外观品质和食味品质。
QT12和NF-Ys的工作模型
该评论强调，这项研究的非凡之处在于构建了一条从基因到田间的完整证据链。首次在田间真实环境下解析了NF-Ys-QT12-IRE1模块作为天然温度感应开关的分子机制，使实验室的发现直接服务于育种实践。这一研究范式不仅适用于水稻，对小麦、玉米等其他主要作物应对气候变化也具有重要的借鉴意义，是推动“气候智慧型”农业发展的一个关键里程碑。
浙江农林大学林业与生物学院胡帅副教授和Muhammad Ali副教授为该论文的共同通讯作者，Muhammad Ali副教授和博士生马小惠为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委资助。
文章引用：
Ali, M., Ma, X., Ali, l., Hu,S. (2025). Native genetic switch enhances heat resilience, grainquality, and yield in rice. J. Integr.Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70043
来源：乡村尤尤
