北京时间2026年8月21日，中国农业科学院中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室研究员张健团队在《科学》（Science）杂志发表了题为“TGW1a locus simultaneously shortens growth duration and boosts grain yield in rice”的研究成果。

该研究克隆到一个同时调控水稻熟期和产量的稀有等位基因TGW1aJZ，揭示了其编码的类成花素蛋白通过耦合“开花时钟”与氮素利用效率（NUE）打破作物“早熟-高产”遗传枷锁的分子机制，明确了作物“早熟高产”实质是熟期与NUE的平衡，为培育早熟高产品种提供了理论依据和基因资源。

破解“早熟与高产”的生产困局

在实际生产中，“早-晚稻”或“水稻-油菜”的茬口期短、劳动强度大，限制了多熟制轮作模式推广应用。培育短熟期、高产量的品种是解决这一难题的重要举措。

然而，早花会缩短营养生长期，进而降低生物量的积累和产量。以水稻为例，每缩短1天的熟期通常会导致产量下降0.8-1.2%。破解“早熟与高产”的生产困局，既是农业科学持续百年的经典命题，也是育种领域孜孜以求的攻关方向。

类成花素蛋白平衡开花与氮素利用率提升

研究团队创制了籼稻品种黄华占（HHZ）和早熟、特大粒粳稻资源吉资1560（JZ）为亲本的重组自交系群体，在1号染色体上定位到同时赋予水稻早熟和高产特性的主效位点qTGW1a。TGW1a基因编码一个类成花素蛋白FT-L1，是水稻体内诱导开花的决定性信号。此外，TGW1a蛋白还能直接感知氮素信号，并增强水稻对氮素的吸收和利用。这一结果明确了成花素蛋白是协同调控水稻开花、NUE与产量三大性状的核心“枢纽”。

不同水稻品种的TGW1a可分为3种类型：祖先型TGW1a^JZ，籼稻型TGW1a^HHZ和粳稻型TGW1a^NIP。TGW1a的表达量存在精妙的“剂量效应”，表现为TGW1a在缩短熟期的同时提升NUE，导致熟期与NUE的“此消彼长”。据此，TGW1a调控下的熟期、NUE与产量三者的关系可推导为2个公式。

（1）熟期和NUE的贡献系数表现为此消彼长的“跷跷板”效应，I_Time + I_NUE = K（恒定值）。

（2）产量（Yield）表现为熟期与NUE的乘积，Yield = I_Time× I_NUE。基因表达量过高或过低，都会导致I_Time和 I_NUE的失衡，TGW1a^JZ表达量适中，则可以得到优化的产量结果。

此外，“早熟高产”是一个农艺学术语，在生物学研究中容易将其误解为熟期与产量性状的权衡关系。本研究显示，早熟高产的实质是成花素蛋白介导的熟期与NUE的权衡，而产量则是两种因素权衡的最终结果，为早熟高产性状研究提供了新范式。

改良品种熟期提前3-8天，产量提升4-11%

TGW1a与高产基因Gn1a存在紧密的遗传连锁，且大多数品种携带的是“此强彼弱”的遗传连锁组合。育种家在分子改良中选择携带TGW1a^JZ-Gn1a^HHZ强-强组合的aus稻作为供体亲本，或者将Gn1a与TGW1a的遗传连锁打破，才能有效地应用TGW1a^JZ。

研究团队通过分子育种手段将TGW1a^JZ导入南方主栽早籼品种中嘉早17和中早39，以及籼型恢复系华占和R173中。2023年-2025年连续3年在浙江杭州、广西南宁进行大田区域实验，发现改良新品种收获期缩短了3-8天，产量提升了4.2-11.0%。改良的华占配制的杂交组合F₁代也表现出明显的“早熟高产”特性。这些结果表明，TGW1a^JZ可在常规早籼稻和杂交晚稻两个不同生态型品种中实现“早熟高产”，为多熟制轮作模式推广应用提供了综合解决方案。

研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。中国水稻研究所副研究员李志永、副研究员李冠为论文共同第一作者，研究员张健、研究员应杰政为论文共同通讯作者。这是该所首次以第一单位、第一完成人在Science发表原创科研成果。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.ady1619