华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室的走廊里，博士生李威攥着手机，反复刷新邮箱。屏幕上最后一次显示的论文状态仍是“Under Review”（审稿中）。他带着怀疑和焦虑，再次敲响了导师李一博办公室的门。谁说“高温无好米”
“我们做科研，是为了探索真理，做出真正对社会有价值的成果，而不是为了发论文而发论文。只要成果有价值，发在哪里都是值得的。宁可十年磨一剑，不发半篇凑数文。”李一博的话一次次说服了学生，给了后者坚持下去的信心。当他们的研究终于取得突破性进展，克隆出耐热关键基因QT12，并反复验证QT12能有效打破“高温必减产、无好米”的魔咒，李一博终于松口，“现在，你可以写文章投稿了！”李威在导师的指导下，结合大量研究资料，完成论文写作，并且在老师的建议下“锁定顶刊”。论文最初投稿给《自然》，但未能送审。导师鼓励他，三大顶刊都可以尝试一下，这项研究值得顶刊选用。之后，他们决定转投《细胞》，这就意味着他们必须根据后者的写作风格，对内容进行较大调整。当时适逢李一博到澳大利亚参加国际植物分子生物学大会。在会议期间，除了作报告的时间，他几乎时时刻刻都在思考论文的修改方向。从会议开始前的准备，到飞机上，再到会议现场，他的脑海里全是论文的内容。白天开会，晚上在QQ上和李威讨论文章。回国后，他立刻与李威投入修改工作。他们对论文文本进行反复修改，对每一个词、每一句话都仔细斟酌，“不记得改了多少次”。投稿后，《细胞》审稿人对研究做了高度评价，也给出一些修改意见。终于，接近60页的回复意见打动了审稿人，后者给出了原则上接收的意见。随后他们在编辑的要求下，把论文的字数从最初的12000多字压缩到8000字左右，并对文章格式进行了一些调整。经过多轮修改，李一博对论文内容了如指掌，甚至可以通篇背诵，这种严谨的治学态度深深感染了李威。“这才是真正的科研训练。”李一博告诉《中国科学报》，当2025年元宵节前后论文进入小修阶段时，李威已能从容应对审稿人的刁钻问题。最终，这篇由师生二人包揽“唯一一作+唯一通讯”的论文，成为《细胞》创刊以来水稻研究领域极为少见的一篇“双独立”研究。基因出田，产业“追着跑”
华中农业大学相关负责人告诉《中国科学报》，这项研究的另一个特点是模式创新——采取“边研究、边开发、边应用”的新型产学研合作模式，研发团队在未发表成果之前就已与隆平高科、安徽荃银、北京金色农华、湖北荃银、扬子江种业等多家国内龙头企业达成转化开发意向协议。这些企业拟通过技术许可、联合育种等模式，把QT12基因尽快应用于主栽品种。李一博告诉《中国科学报》：“我们的研究本来就是从生产中来，就是要解决农业生产中遇到的实际问题，现在能够快速应用到生产中去，是对我们科研工作最大的肯定。”企业对这一成果充满期待。隆平高科有关负责人表示：“李一博教授团队的研究成果对种业发展具有重要意义。我们一直致力于培育优质高产的水稻品种，但水稻不耐高温问题一直是制约我们发展的瓶颈。现在有了这个成果，我们有信心培育出更适应高温环境的水稻品种，提高水稻的产量和品质，为农户带来更多收益。”论文发表当天举行的成果发布会现场，李威坐在导师李一博身后，表现出难得的松弛感。他说，自己有一种“终于解脱了的快乐”。９年前，那个青涩的小伙，大概不会想到，他用9年的苦心煎熬，熬出了这么一剂神奇魔法药水——不仅有望解决高温减产的问题，还可能给整个水稻产业的发展带来一场变革。北京时间4月30日，国际期刊《细胞》（Cell）发表了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、湖北洪山实验室水稻团队李一博教授课题组题为“一个天然的基因开关系统协同赋予水稻品质和产量田间耐热性”（A natural gene on-off system confers field thermotolerance for grain quality and yield in rice）的研究论文。
文章封面（李威 供图）
该研究首次揭示了水稻对抗高温的秘密武器——基因QT12。它如同作物内置天然“空调系统”，调节水稻耐高温机制。当高温来袭，QT12自然变异与NF-Y蛋白复合体形成的初级-次级“双生锁”，锁住高温开关系统，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，为水稻在高温环境下的同时实现优质高产提供了全新的分子机制和绿色发展的育种策略。
遇热则强：克隆首个品质与产量协同耐自然高温“基因开关”近20年来，全球气候变化导致极端高温天气频发，严重威胁全球农业生产，对粮食作物产量和品质的影响尤为突出。多国农业模型分析及统计数据表明，全球平均气温每升高1℃，将直接导致水稻产量减少6.6%–25%，同时伴随稻米品质的严重劣化，给世界粮食安全带来严峻挑战。几个世纪以来，培育优质高产作物一直是农民和育种者的目标，但人们对高温促进垩白外观品质形成、食味降低的分子遗传基础认识非常有限。
水稻品质耐热种质鉴定及其QTL主效位点QT12的克隆（李威 供图）
在这项研究中，经过长达10余年的灌浆期田间自然高温抗性种质的大量筛选和鉴定，研究团队利用自主研发的快速、高通量克隆作物重要农艺性状功能基因的RapMap方法（Zhang et al. NC, 2021），从大田耐热水稻种质中克隆到首个调控品质耐高温的主效QTL基因QT12，该基因同时表现出优异的产量耐热性。这一发现突破了传统温室筛选、苗期鉴定方法不能反映真实环境的局限，解决了长期困扰科学界的“耐高温表型难鉴定、耐高温基因难应用”的瓶颈问题。
研究团队进一步发现，胚乳特异表达的核因子NF-YA8、NF-YB9与NF-YC10形成一个复合体差异结合到QT12启动子CCAAT-box元件的G/A变异上，对QT12表达和耐热性进行差异调控。该自然变异（初级开关）与NF-Y亚基间独特的抑制性调控机制（次级开关）形成了一个天然的基因开关系统：QT12启动子区域关键的G/A功能性变异，作为“初级开关”直接决定NF-YA8对QT12激活的开/关（第一层锁）；而高温则作为“次级开关”的推动器，释放了NF-YB9和NF-YC10对NF-YA8激活QT12的抑制，从而打开了次级开关（第二层锁）。当二级开关同时打开（“双生锁”同时打开），高温信号就能顺利传递并激活QT12的表达，通过抑制UPR感受器IRE1而过度激活UPR及UPR激活的bZIP60、bZIP50等转录因子，进而抑制储藏蛋白合成基因的表达和激活淀粉合成基因的表达，从而打破储藏蛋白与淀粉的稳态，最终实现高温敏感性。
NF-Ys-QT12分子模块调控水稻品质耐热性的工作机制（李威 供图）
而QT12功能变异处为A时不能被该NF-Ys复合体识别，“双生锁”锁住该开关系统，进而对高温的响应不敏感，从而维持储藏物质的稳态，最终实现高温抗性。这个NF-Ys-QT12分子模块形成的二级开关系统的复杂调控机制，揭示了高温信号传导的差异分子机制。
研究发现，QT12基因及其上游调控因子NF-YA8、NF-YB9、NF-YC10均为籼粳分化基因，虽然它们位于不同染色体上，但在籼稻和粳稻中呈现显著的协同分化或共选择特征，进而形成了具有上位性效应的不同单倍型组合。因此，研究团队基于该NF-Ys-QT12基因开关系统的单倍型组合首次提出了性状调控单倍型（TRHs）这一遗传学新概念，该概念揭示了水稻籼稻与粳稻两个亚种间耐热性差异的分子基础。
性状调控单倍型（TRHs）对籼粳分化有很大贡献（李威 供图）
这些TRHs组合能够精确和多样化调控该天然基因开关系统的活性，从而导致籼稻与籼稻、籼稻与粳稻在耐高温性、品质和产量上的显著差异。这一遗传学概念的提出为充分解析作物重要性状遗传多样性的分子调控网络提供了新视角，有望为高效分子育种提供策略参考。
李一博教授与李威同学（左一）等探讨研究进展（蒋朝常 摄）
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为该论文的通讯作者，李一博团队博士研究生李威为该论文的第一作者。杨柯、胡超凡、Ali、张建、许鹏坤、程波、张俊成、殷文晶、Abd、吕庆亚和李秉辰参与了研究。张启发、熊立仲、何予卿、赖雪雷、曲良焕、周道绣、郭建平、何光存等学者提供了有价值的讨论和修改。陈忱、张健、李莉、张桂莲等学者在田间试验提供了帮助。本研究得到了科技创新2030—生物育种重大项目、国家农业重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金联合基金重点项目、湖北洪山实验室等项目的支持。
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