秈稻和粳稻的“愛情”需要溫度！——華南農業大學陳樂天/劉耀光團隊破解秈粳雜種不育的溫度密碼

水稻的“愛情開關”：溫度如何決定秈稻和粳稻的“婚配”成敗？

你或許不知道，中國兩大主糧水稻——秈稻和粳稻，就像兩個“世仇家族”的成員，雖然同屬世家，卻偏偏“基因不合”，很難生育后代。

這個困擾農業界幾十年的難題，最近被破解了！華南農業大學陳樂天/劉耀光院士團隊發現了秈粳雜種不育的“溫度開關”，這一新發現發表在國際頂級期刊Molecular Plant，更有望讓雜交水稻產量再上一個臺階。

為什么秈稻和粳稻“八字不合”？

故事要從水稻的“愛情基因”說起。研究團隊早就發現，水稻1號染色體上有個叫Sa的“婚姻基因座”，它像個嚴格的“婚配審查官”，掌握著花粉的生死大權。

這個基因座里有三個關鍵角色：

• SaF+和SaM+：一對“殺手組合”，專門干掉不喜歡的花粉
• SaFL+：強力“保鏢”，能保護花粉免遭毒手

在秈稻（熱帶水稻）中，強力“保鏢”SaFL+能抑制殺手復合體SaF+和SaM+的毒害作用，所以免遭毒手；在粳稻（溫帶水稻）中，SaFL-是個“弱雞保鏢”，而SaF-和SaM-喪失了殺手功能，所以不會被害。當兩者雜交，殺手組合在低溫下大殺四方，導致攜帶“弱雞保鏢”的花粉死亡，使得雜種花粉存活率下降到54.9%。

溫度：意外的“和事佬”

研究團隊意外發現，夏天的高溫竟然能讓這對“冤家”和解！

在廣州的早季種植（28-33°C），雜交水稻花粉存活率從54.9%飆升到76.5%；在人工氣候箱里32°C培養，存活率更是高達84%！就像給這對“小夫妻”開了暖氣，彼此感情得到升溫，夫妻矛盾得以緩和。

這背后的機制很精妙：

1. 低溫時：SaF+ 和SaM + 結合成“殺手團伙”，像臺精密粉碎機，把線粒體里的ROS“清道夫”蛋白COX11降解掉

2. 結果：活性氧（ROS）爆發，花粉被“毒死”

3. 高溫時：“弱雞保鏢”SaFL- 雖然弱，但在高溫時能勉強搶占SaM + ，離間殺手團伙

4. 結果：COX11得以行使ROS清除功能，花粉活下來

進化的智慧：緯度的印記

這個“溫度開關”不是偶然，而是水稻適應環境的進化杰作！

研究團隊分析了2496份水稻樣本，發現：

• G1型（無殺手+弱保鏢）：入主高緯度溫帶，成為粳稻主流
• G4型（強殺手+強保鏢）：雄霸低緯度（亞）熱帶，成為秈稻主流
• G2型（強殺手+弱保鏢）：最慘！只能呆在熱帶，稍微往北遷移就絕后

數據表明，Sa基因座的變異與水稻從熱帶向溫帶的擴張路線完美吻合。這就像是進化給水稻裝了個“緯度感應器”，讓不同品種在適合自己的溫度帶安居樂業，也無意中造成了秈粳亞種間的生殖隔離。

未來：雜交水稻的新希望

這項發現不僅是理論突破，更是育種實踐的“及時雨”！

三大應用方向：

1. 破除雜交障礙：定向破壞強殺手SaF+ 或SaM + 能幫助消除秈粳雜交不育。

2. 新型不育系：利用G2型材料的“高溫可育、低溫不育”特性，研發反溫敏不育系，創制新型兩系雜交制種體系，實現全年周期制種。

3. 適應氣候變化：在全球變暖背景下，這個溫度敏感系統可幫助水稻更好適應新環境。

Sa在水稻亞種間分化及其介導的雜種不育的機制模型

華南農業大學博士后李構思和張雅玲（現為中國科學院分子植物科學卓越創新中心助理研究員）為該論文的共同第一作者，陳樂天教授和劉耀光院士為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金重點項目和廣東省“十四五”農業科技創新十大重點攻關揭榜掛帥項目、廣東省振興種子產業項目和廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的資助。

陳樂天/劉耀光團隊

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.12.008