水稻功能基因组学创新团队揭示Fd1/FNR1稳定光合提升水稻耐热稳产新机制
近日，中国水稻研究所钱前院士团队在Science Bulletin在线发表了题为“Regulation of photosynthesis and ROS homeostasis by Fd1 and FNR1 confers thermotolerant yield stability in rice”的研究论文，阐明了光合电子传递蛋白铁氧还蛋白1（Fd1）及其互作蛋白FNR1，在热胁迫下通过稳定光合作用并减少活性氧积累，提升水稻耐热稳产性的分子机制，并构建了利用Fd1启动子编辑创制优异新种质的技术路径，为培育耐热、优质稳产水稻新品种提供了重要理论与技术支撑。
随着全球气候变暖加剧，高温天气发生频率与强度显著提升，对农业生产的负面影响日益突出。水稻作为喜温作物，其生长发育过程对温度变化敏感，高温胁迫不仅会破坏光合系统稳定性、降低碳同化效率，还会导致花药发育异常、花粉活力下降，最终造成结实率降低、产量锐减，严重威胁生产安全。因此，解析水稻耐热性调控机制，通过遗传改良调控光合系统关键组件以增强耐热性，已成为保障复杂环境下水稻高产稳产的重要研究方向。
科研团队前期研究已证实，Fd1是水稻光合电子传递的核心蛋白，直接参与碳同化过程，该基因功能缺失会导致水稻幼苗严重致死。基于此，团队进一步围绕Fd1基因开展深入研究，揭示其在水稻耐热性调控中的关键作用及分子机制：高温胁迫下Fd1等内源光合基因的表达被抑制，造成光合效率下降，同化过程减缓，而Fd1或FNR1过表达一方面可以维持光合基因表达，稳定光合电子传递，进而保持相对稳定的碳同化通量。同时，过表达株系能显著上调水-水循环相关基因的表达，减少花药中的ROS积累，从而保护花粉活力、提升结实率，保证水稻耐热稳产。
为验证该基因耐热稳产的表型，研究团队采用田间试验与温室试验相结合的方式，连续多年在杭州、武汉、重庆和陵水等多地开展了系统验证，有效衔接了受控环境下的基础研究与复杂田间条件下的生产实践。并且在籼型超级稻恢复系“华占”及大面积推广粳稻品种“秀水134”中验证了Fd1/FNR1对水稻耐热性与产量稳定性的正向调控作用，为该成果的广泛应用奠定基础。在此基础上，为了获得无转基因成分且Fd1高表达的新种质，通过启动子饱和式平铺编辑的策略，从中筛选获得了Fd1高表达的耐热稳产新种质，为耐热水稻育种提供了可部署的种质资源和构建策略，对保障水稻高温逆境下的产量稳定、推动耐热性分子育种研究具有重要意义。
该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、海南省重点研发计划、国家生物育种重大科技专项、海南省院士创新平台、中国农业科学院科技创新工程、国家南繁研究院（三亚）院士工作站等项目的资助以及农业农村部的专项支持。我所博士生王巧艳及博士后苏青梅为该论文共同第一作者。朱丽研究员和钱前院士为共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.055