2022年是农业科学院水稻研究所（以下简称水稻所）研究员张健团队转换研究策略后的四年青海海绵专用胶，他们在近10万份水稻材料中克隆出和水稻早熟产密切相关的“顶流明星”——成花素基因的个族成员。
早熟产改良品系田间对比
可张健团队反而有些沮丧：“明星基因大都研究得挺多了，还能不能找到它不为人知的？”
与此同时，主攻这课题的进修学生时限到期，团队科研经费也恰好进入“低谷期”。张健感到，对水稻早熟产问题的研究走到了个岔路口。
4年后，2026年8月21日，这项研究成果终于在《科学》发表。他们发现了个稀有的成花素等位基因TGW1a，可以同时调控水稻熟期和产量，并揭示了作用机制，破了作物早熟-产的遗传枷锁。
3位论文审稿人均对这项研究给予度评价，认为这是水稻产量与生育期遗传基础研究域的重大进展，对水稻及其他作物的氮素利用率和产量改良兼具原创理论价值和育种实践应用价值。
01
从永州的田埂到杭州的实验室
从7岁到14岁青海海绵专用胶，张健的每个暑假几乎都在湖南永州度过。外婆种了几亩水稻，孩子们暑假里的固定“节目”就是跟着舅舅“双”。
夏天的“双”就是收早稻的同时，还要时间种下季的农作物。每天早上，张健和表兄弟们跟着大人，拿着镰刀去田里割稻子，再将稻子用板车回。“那时候怕下雨。”张健说，有时候正在吃午饭，外婆突然喊“下雨了”，所有人丢下碗筷冲上房顶，把稻谷拢在起盖上薄膜，止雨淋后发芽。“双”的辛苦，就这样刻进了他的记忆里。
我国南直采取多熟制粮食生产，在实际生产中，早稻收、晚稻种、再接油菜的“双”环节前后茬口衔接时间短。数据显示，水稻每缩短1天生育期，通常会致产量下降0.8~1.2。张健告诉《科学报》，理想的办法是缩短作物的生长周期，让它们早熟的同时不减产。这也是破解多熟制茬口矛盾的关键。然而青海海绵专用胶，历经近百年，“早熟与产”如“鱼和熊掌”不可兼得。这科学难题的特殊之处在于须同时寻找控制两个表型状（熟期与产量）的调控位点。
从华中农业大学张启发院士门下博士毕业到在美国密西西比州立大学做了近6年博士后和助理研究教授，再到回国加入水稻所水稻生物育种全国实验室，张健研究的主角直是水稻。
在水稻所，张健初的研究策略是做反向遗传学，简单说就是抓住个基因，搞明白它可能的各种和生理机制。2018年前后，团队经历了次关键的科研向转型——从反向遗传学策略转为正向遗传学策略，攻自然变异，也就是通过构建遗传群体寻找调控表型的基因和机制。
要定位调控早熟和产的基因，先得寻找适的亲本材料，才有希望在它们的后代中筛选出目标基因。经过几番选择，他们选定了华南及长江流域主栽籼稻黄华占和东北早熟、特大粒粳稻资源吉资1560为亲本，并利用它们重组自交系群体。
张健将吉资1560比喻为水稻里的巨人——普通水稻千粒重只有二十几克，它却有60克，相当于普通人身1.7米，他3米多。而且吉资1560的生育期比全国大面积广的黄华占还短十几天。个提供资源型稀有基因，个提供生产应用背景，加上籼粳稻之间遗传距离远、多态，使它们成为理想的定位群体。
02
场与“明星基因”的遭遇战
然而，定位基因的过程远比预期漫长。
张健回忆：“我们配了几套不同的群体来研究这个问题。”由于“早熟产”是个复状，鉴定比较困难。
“我们要两个状都找到，而且要由同个位点调控。”虽然确立了这样的目标，但张健也没有想过定能得到这样的结果。“我们发现，控制这两个状的位点刚好在个位置上。”张健说，“开始还不相信这么好的事让我们碰到了。”
经过反复验证，团队才相信确实如此。然而，等他们精确定位了这个基因后又气馁了，因为这是个成花素基因族的成员。成花素是植物学界的“顶流明星”，所有人都知道它调控开花，相关文章不计其数。
李冠当时主攻这课题，但她是“兼职”到课题组进修的，刚好面临4年时限到期的问题。“当时我们确实考虑过发篇小文章就了，因为太难做了，时间太长了。”张健回忆道。
与此同时，团队的科研经费进入了“低谷期”。所幸，水稻所对这项工作非常支持，后来张健又争取到了国自然科学基金委的项目，课题得以继续开展下去。
课题的“接力棒”交到了水稻所研究员李志永手中。“既然是成花素让开花早的同时产量反而提升，那定是率提升了，就像工作时间短了，万能胶生产厂家成果反而多了。”李志永说。
这个直觉，被个关键试验证实了。试验发现，对水稻幼苗做氮饥饿处理，成花素基因的表达量显著上升；加入氮素后，表达量立刻下降。这是个典型的氮感知信号。
他们找到了突破口，TGW1a基因编码的类成花素蛋白FT-L1，不仅促进开花，还能直接感知氮素信号，并与氮素利用率核心因子相互作用，以维持后者稳定，进而促进下游氮素利用相关基因的表达。而氮素利用与作物产量密切相关。这为“顶流明星”成花素赋予了全新的生物学。
袁隆平农业科技股份有限公司水稻席科学杨远柱认为，该基因的核心价值不只是使抽穗与成熟期提前，重要的是可提升植株氮素利用率青海海绵专用胶，并实现生育期缩短条件下的产量提升。
从产业化角度看，TGW1a的意义尤其体现在对种植制度的适配能力上，有望为前后茬衔接释放关键时间窗口，并降低早熟带来的产量损失风险。“TGW1a有望成为水稻多熟制下早熟产协同改良的核心基因，为提升稻田周年粮食产出能力提供重要的抓手。”杨远柱说。
此后，团队进步发现了成花素基因TGW1a精妙的特点，那就是它的“剂量应”。TGW1a的启动子存在大片段序列差异，可分为3种单倍型——祖先型、籼稻型、粳稻型。它们的表达量呈现粳稻型＞祖先型＞籼稻型的严格梯度。例如，拥有粳稻型基因的水稻，表达量越，生育期越短、氮素利用率越。
然而，团队很快撞上了另堵墙。成花素基因与个已被广泛应用的产基因Gn1a存在紧密的遗传连锁，物理距离仅1.2Mb，重组率只有约5。“也就是说，它们的每100个后代里面有95个是绑在起的，只有5个松绑了。”而且两者呈现“此强彼弱”的连锁组——成花素强则产基因弱，成花素弱则产基因强。
“然而，因为产基因的增产应大，育种容易选择成花素弱-产基因强的组，致成花素强的等位基因长期在育种中被忽视。”张健说，“育种意中选的都是成花素基因比较弱势的版本。”
李志永介绍，他们通过对3000份水稻种质资源和277个现代栽培品种的分析发现，成花素强-产基因强这种“强-强”优异组仅占约4，且主要存在于南亚的aus稻中，在东亚、东南亚等水稻主产区几乎迹。
03
96的水稻没用上，改良潜力巨大
“看到4这个比例，心中既有‘宝藏被埋没了’的遗憾，也有‘机会来了’的兴奋。”张健说，“96的水稻品种都还没用上这个组，说明改良潜力巨大。”
他们要做的就是把它们重新引入适南主栽的品种中。团队通过分子育种手段，将成花素强的基因型入南主栽早籼品种中嘉早17、中早39，以及籼型恢复系华占等水稻品种中，进步筛选出“强-强”组的改良品种。
2023到2025年，他们连续3年在浙江杭州、广西南宁进行大田区域试验，改良新品系收获期缩短3至8天，产量增加4.2~11.0。
“我开始觉得投子刊肯定没问题。”张健说，“不过，李志永说，‘张老师，我们不着急，那么多年的艰苦工作，咱们起尝试投《科学》。’我当然支持。投稿非常顺利，10多天就送审了。”
经过5轮修改和补充试验，个周五的晚上，张健的手机上弹出了文章被接收的邮件。
张健团队成员影
科学院院士、作物遗传学林鸿宣认为，该成果破了传统作物状权衡瓶颈，构建了早熟产协同调控的新范式，从根本上破了“早熟减产”的经典育种悖论，破解了传统育种中早熟状与产状难以兼容的技术难题。
“该研究实现了作物熟期与产量协同调控基因资源挖掘、分子机理解析、育种落地应用的全链条原创突破，为我国在人多地少、耕地资源紧缺背景下提升粮食产能、缓解多熟制茬口矛盾提供了关键技术支撑。”林鸿宣说。
下步，团队准备动该基因在育种企业的应用。水稻所研究员应杰政已经把成花素基因TGW1aJZ入多个水稻品种，参加区域试验。
“早晚稻两个生态型都验证有，在起能省出十几天茬口时间，这意味着‘稻-稻-油’三熟制真正有了技术支撑。”应杰政说。相关词条:罐体保温施工 异型材设备 锚索 玻璃棉 保温护角专用胶
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