水稻QT12-NF-Ys双开关系统突破高温胁迫下产量与品质的权衡

高温胁迫严重威胁水稻产量与品质，如何破解这一难题？中科院团队通过12年田间试验，发现QT12基因启动子G/A SNP与NF-Y转录因子构成双开关系统，调控内质网Sec61β亚基表达，维持胚乳贮藏物质稳态。该研究打破抗逆性必然牺牲产量的传统认知，为培育高温耐受型优质水稻提供新靶点。

　　

高温下的生存挑战
全球变暖正对水稻生产构成严峻威胁。作为养活世界半数人口的主粮，水稻在亚洲和非洲主产区频繁遭遇热浪侵袭。研究表明，气温每升高1°C，水稻产量将下降3.2%，更棘手的是高温会导致胚乳贮藏物质失衡，形成垩白粒，严重影响稻米品质。尽管已发现TT1、TT3等耐热基因，但能同时兼顾产量稳定和品质提升的天然等位基因仍属稀缺。

破局之道
中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣团队通过长达12年的田间试验，利用耐热品种"成恢448"和敏感品种"OM1723"进行遗传分析，在12号染色体定位到关键数量性状位点QT12。这项突破性研究发表于《Cell Reports》，揭示了QT12-NF-Ys模块通过双重调控机制协调高温响应，成功打破抗逆性与产量品质的负相关。

关键技术
研究采用多组学联用策略：基于4,726份全球水稻种质的全基因组关联分析（GWAS）定位QT12位点；通过CRISPR-Cas9基因编辑构建功能验证材料；利用染色质免疫共沉淀（ChIP）和双荧光素酶报告系统解析NF-YA8/NF-YC10-NF-YB9复合物对QT12启动子的调控；结合透射电镜观察贮藏蛋白体超微结构；采用磷酸化质谱检测IRE1激酶活性。

核心发现
QT12是胚乳贮藏稳态的负调节因子
• 遗传证据：QT12过表达系在高温下垩白度增加32%，而敲除系贮藏蛋白含量提升25%
• 细胞证据：敏感品种胚乳中观察到松散球形贮藏颗粒，而耐热种质蛋白体排列致密
• 分子机制：QT12编码Sec61β亚基，通过抑制IRE1激酶活性调控内质网未折叠蛋白反应（UPR）

NF-Ys构成热响应型分子开关
• 调控层级：NF-YA8直接激活QT12^G
型启动子，而NF-YC10-NF-YB9异源二聚体抑制该激活
• 温度感应：高温削弱NF-YA8与抑制复合物的互作，增强其与QT12启动子结合能力
• 单倍型效应：启动子CCAAT框的G/A SNP使QT12^A
型表达量降低40%

TRH模块的育种价值
• 地理分布：低纬度地区主要分布TRH'单倍型（QT12^A
+NF-YC10^low
），与耐热表型强相关
• 田间表现：携带QT12^A
的改良系在38°C高温下千粒重增加15%，透明度提高2级
• 协同效应：TRH'组合的遗传贡献率达61%，显著高于单个基因效应之和

范式转变
该研究首次阐明转录因子与转运蛋白协同调控贮藏物质动态平衡的分子机制。NF-YA8在高温下"解除制动"的调控模式，为理解植物环境响应提供了新视角。更重要的是，QT12^A
等位基因的育种应用证明，通过精准调控特定生物学过程，完全可以实现抗逆性、产量和品质的多赢。研究团队已将该位点导入"华占"等主栽品种，为应对气候变化下的粮食安全挑战提供了切实解决方案。

延伸思考
QT12-IRE1调控轴的发现暗示内质网蛋白质质量控制（ERQC）系统是作物抗逆改良的新靶标。而NF-Ys家族成员在温度感知中的拮抗作用，为设计人工调控模块提供了元件库。该研究建立的"性状调控单倍型（TRH）"概念，将推动从单一基因育种向多基因协同调控的范式转变。随着全球极端天气频发，这种"抗逆不减产"的分子设计策略，有望成为作物遗传改良的黄金标准。