在水稻基因里，既有“杀手”，也有“保镖”？
“温度”来当“和事佬”
为籼稻和粳稻的“爱情”架“鹊桥”？
近日，华南农业大学农学院
未来作物精准育种基础研究卓越中心
陈乐天/刘耀光团队
揭示了水稻Sa座位三基因
“杀手‒保镖”系统的分子遗传基础
首次阐明植物杂种不育
响应环境温度的全新分子机理
相关研究成果登上植物领域国际顶级期刊
Molecular Plant
2026年第二期封面故事
本期Molecular Plant封面设计以温度调控水稻籼粳F₁杂种花粉育性的分子机理为核心，揭示水稻生殖隔离的“温度开关”。
• 封面中央展现茎秆粗壮、分蘖旺盛、粒多穗重的籼粳F₁植株杂种优势表型。
• 背景以蓝红渐变色彩象征不同纬度种植区的温度变化——蓝色代表高纬度温带区域，红色代表低纬度高温（亚）热带地区。
• 封面左右两侧的花粉以拟人化场景，阐明温度调控籼粳F₁植株花粉育性的分子机理。在低温条件下（左侧蓝区），籼型基因编码的M⁺（剑客）与F⁺（剑）形成人剑合一的功能型“杀手复合体”，破坏活性氧（ROS）清除蛋白COX11（盾牌），导致ROS爆发，进而杀死携带粳型弱保镖基因（FL⁻）的花粉；在高温条件下（右侧红区），高温促使M⁺-F⁺复合体解离（剑客与剑分离），丧失杀手功能，FL⁻弱保镖功能得以发挥作用，COX11抑制ROS爆发，花粉得以存活，杂种不育被克服。
• 封面的温度开关形象展示：温度是调控籼粳杂种F₁生殖隔离育性转换的关键因子。
这一发现表明，在物种演化和分类中长期存在争议的物种边界模糊性，很可能是源自环境诱导的生物适应性变化，而非由于物种概念的模糊，为物种边界模糊性提供了特定的分子机理模型；该研究也为克服水稻远缘杂交生殖隔离、拓展杂种优势利用提供了重要的理论依据。
华南农业大学博士后李构思（现为中国农业科学院农业基因组研究所助理研究员）和张雅玲（现为中国科学院分子植物科学卓越创新中心助理研究员）为该论文的共同第一作者，华农教授陈乐天、中国科学院院士刘耀光为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金重点项目和广东省“十四五”农业科技创新十大重点攻关揭榜挂帅项目、广东省振兴种子产业项目和广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。
“科研有没有秘诀？我的回答是‘没有秘诀’，就是爱好加坚持。”在学校3月18日举行的“弘扬科学家精神主题论坛”上，刘耀光分享了自己的科研故事，话语朴素而真挚。对于跟随刘耀光、陈乐天开展研究十多年，在华农完成本硕博学习直至博士后出站的李构思而言，老师的这些话语其实早已超越简单的文字，成为了薪火相传的精神和指南。
作为论文核心作者，她从博士入学开始便深度参与实验方案设计、研究材料培育、稻穗表型调研、蛋白分子实验和论文撰写和修改等工作，一头扎进研究近10年时间，直到成果发表后才博士后出站。实验室和稻田见证了她的成长，也见证了一颗追求科学真理的初心。如今，李构思已走上工作岗位，回望当初那个初来乍到、尚且懵懂的18岁少女，更有悠长不尽的感悟回味。
“杀手”与“保镖”：有趣的“温度开关”
绿色的稻田里，稻穗扬花，花粉轻摇，这看似平常的生长瞬间，却藏着大学问。在杂交水稻育种领域，有一个科学家们常年研究的对象：不同种或籼粳稻亚种间水稻杂交时，常常会出现花粉不育、结不出稻米的情况，这就是“生殖隔离”在水稻杂交中的体现。如果能搞清楚其中原理，破解不育机制，那么杂交水稻育种将实现革命性的突破。
基因，是一切问题的源头。长期以来，华农水稻遗传育种研究团队围绕水稻基因展开攻关，寻找和分析一切可能影响育种的因素。这次的研究，关键词是“温度”。“我们首次揭示了‘温度’这个因素是怎么作为开关，来调控水稻的杂种不育过程。”李构思介绍。
李构思和同学们在做水稻植株温度处理准备
籼稻中有两个“杀手”基因——SaF⁺和SaM⁺，这两个基因凑在一起，会形成一个蛋白复合体，引发水稻细胞里的活性氧“爆发”，直接让花粉失去育性，变成“空壳花粉”。有趣的是，团队还发现了水稻的两种“保镖”基因，本领大不相同：一种是籼稻里的“强保镖”SaFL⁺，不管是高温还是低温（广州常规种植季节），它都能稳稳发挥作用，时刻守护籼型花粉育性；另一种是粳稻里的“弱保镖”SaFL⁻，则是个“怕凉的小家伙”，只有在高温环境下才能正常工作，低温时就会“掉链子”。
这就造就了籼粳杂交水稻一个特别的现象——“反温敏不育”：高温时，“弱保镖”正常上岗，粳型花粉可育；低温时，“弱保镖”罢工，“杀手”横行，粳型花粉不育。水稻Sa基因座的杂种不育系统，就这样形成一套“杀手与保镖”的博弈体系，花粉能不能正常发育，全看这场博弈的结果。
Molecular Plant期刊评审专家认为，研究首次阐明植物杂种不育响应环境温度的全新分子机理，为诠释水稻亚种形成和地理扩张过程中生殖隔离系统的演化机制和环境适应性提供新视角。成果作为期刊主编月度推荐内容登上封面，也是华南农业大学一流学科作物学2025年在水稻研究取得的重要成果之一。
甘坐“冷板凳”，为一个答案、一份初心
时间回到2016年。彼时李构思刚刚博士入学，所在团队的主要研究方向是水稻杂种优势利用和杂种不育。不久，她就接到了任务——继承前辈衣钵，继续探索“杀手”基因。“早在2008年，我们课题组的一位师兄就已经发表了‘Sa基因座’中‘杀手’基因克隆的论文。所以之后，包括我的师兄师姐和师弟师妹，我们其实都是在接力去完成这项工作。”李构思介绍。
李构思在试验田中插秧
水稻花粉取样，是研究中至关重要的环节，更是一场和时间赛跑的“硬仗”。花粉体量小，实验需要的量却很大，而取样的时间窗口又特别短。为了抢抓时机，李构思和团队伙伴们常常清晨下田，一株株查看材料、剪取合适的幼穗，又马不停蹄赶回实验室，趁着新鲜收集花药。取样季集中在五一、十一期间，忙起来假日无休，通宵达旦更是家常便饭；杂交时则常常顶着炎炎烈日，从清晨到午后，在田里一呆就是五六个钟头。
“我们做科研可能很多时候并不如想象中的那么高大上，在做精细实验的同时也要耐得住琐碎的事情。”科研日常是枯燥且繁琐的，但有良师指导、益友陪伴，李构思也能从其中体会到成长的乐趣。
论文第一作者李构思（左一）和张雅玲（右一）博士毕业时和刘耀光院士合影
李构思（右二）博士毕业时和导师陈乐天教授合影
“科研要讲逻辑、重实验，不迷信权威”是团队负责人陈乐天教授常常和大家说的一句话。他经常鼓励大家大胆提出想法，给足学生独立探索的空间，重视培养协作能力，也十分注重培养学生在会议汇报、人际交往等方面的综合素质。刘耀光院士则用极致的严谨指导着整个团队——修改论文时，他会逐字逐句斟酌、反复核对基因序列结构图。“文字描述、结构示意图上有些微不符，刘院士都会指出来修正。”李构思回忆。
研究过程中，李构思曾一度陷入分子机制解析的瓶颈。“做科研最大的特点就是不确定性，因为它未知，所以我们才更要去探索。”在导师陈乐天的点拨下，她抱着“尝试别的方向，看是否能有不一样结果”的心态换了思路重新来过，果真发现了该作用机制并非通过预想的SUMO化蛋白修饰，而是泛素化修饰，就此打开了研究新的突破口。
为了潜心钻研、取得突破性进展，李构思博士毕业的时间比预想中推迟了一些；毕业后，她又选择继续留在实验室，直到研究成果最终发表。无论遇到多少挫折，她始终记得老师们的教导，那也是自己开启科研道路的初心——做实实在在的研究，做真正有意义的成果。
攀登一流，与华农作物学科同行
从入门时的杂交小白、实验新手，到逐渐能主导整个课题方向、指导师弟师妹的毕业论文，再到申请项目基金、论文撰写与投稿……不知不觉，李构思已经走了很远，身份也从“小师妹”变成了“大师姐”。如今正式踏上工作岗位，她不由感慨，“其实也是从学生到老师的一种过渡”。成长路上，她也与华农作物学科同行，亲身感受了华农“双一流”建设以来学科的迅速发展。
李构思随教授们在韩国参加国际学术会议
作为作物学科团队成员，李构思不仅开拓了研究视野，增长了学术见识，得到了更多展示机会，也体会到了自己正在从事研究的意义。有一次，她随老师们出国参加学术会议，在与全球同行交流的过程中，听着大家谈论研究对生产应用的指导意义，她真实地感受到，自己在实验室做的基础研究工作，对田间的农业生产有着切实的价值。
在博士后阶段，学校良好的支持政策也为她放手研究提供了安心宽松的环境，使她能够专注投入其中。“无论是学术交流、项目资助还是人才培养，学校和学院都给予了我充分的自主空间与广阔的科研平台。”李构思说。
博士后出站后，李构思前往深圳继续深耕科研一线，在开展研究的同时也进行学术出版的相关工作。虽然已是两地相处，她与华农的联结从未断开，仍保持着和母校团队的合作。“杂交育种的核心原理，正是利用不同水稻品种间的杂种优势培育优良新品种。如果能够成功破解水稻远缘杂种不育这一育种瓶颈，就能大幅拓宽水稻杂交育种的选择范围，这对生产应用是有很多帮助的。”李构思说，自己将带着母校的培养与积淀，在水稻杂交不育的研究道路上继续前行，为粮食安全贡献自己的一份力量。
甘坐“冷板凳”，只为科学梦
在未知中探索前行
以科研之力护粮食安全
强农兴农，久久为功
华农人将继续开拓进取
步履不停，向新而行！