从绿色革命改良作物株型，到杂交水稻大面积推广，粮食单产增长了一倍多。
然而，此前研究表明，全球约24~39%的玉米、水稻、小麦以及大豆种植区域单产处于停滞不前甚至下降的态势。
北京时间年7月22日凌晨2时，《科学》（Science）杂志在线发表了中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队在水稻中发现的高产基因（OsDREB1C），能够同时提高光合作用效率和氮素利用效率，可提高作物产量30%以上。
《科学》论文评审专家认为，该团队出色地完成了大量的田间试验工作，包括不同作物、不同地点的多年田间试验，呈现了全面而可靠的实验结果。该研究结果是了不起的、激动人心的、并具有潜在影响力的，如果将其应用到实际农业生产中，必将进一步推动水稻等作物可持续集约化生产。
提高单产是确保粮食安全的主要途径
上世纪60年代开始的以矮化育种为特征的“绿色革命”，通过引入矮秆基因改良作物株型以及提高栽培管理技术，使得全世界水稻产量翻了一番。
本世纪，由袁隆平院士主导培育的杂交水稻大面积推广应用，实现了作物增产20%以上。
然而，联合国粮农组织的数据显示，近年来受新冠肺炎疫情、极端气候、地缘冲突等影响，全球饥饿人口持续上升，年世界受饥饿影响的人数达8.28亿。
同时，未来世界人口持续增长，预测到本世纪中叶，粮食产量至少增加50~60%才能满足需求，因此需要持续提高作物单产水平。
另一方面，近年来作物单产增长已进入一个平台期，受到气候变化影响，有的地区甚至出现了单产下降趋势。
“在有限耕地面积的情况下，提高作物单产是确保粮食安全的主要途径。”论文通讯作者周文彬研究员告诉《中国科学报》。
此外，施用氮肥是农作物增产的重要措施之一。近年来，大量氮肥的过量施用不仅没有带来作物产量的持续提高，反而导致了严重的环境污染问题，如土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放等。
“因此，同时提高作物产量和氮素利用效率需要新的途径和策略。”周文彬说。
个候选因子：站在前人的肩膀上
然而，这是一件极具挑战性的工作。“只要有1%的希望我们就要尝试。”周文彬就带领着团队从他“执着”了20余年的光合作用研究入手。
碳和氮是植物生长发育必需的最主要的大量营养元素，也是细胞的主要构成成分。
一方面，植物通过地上部叶片进行光合作用，将大气中的二氧化碳同化为有机物，完成碳的固定，是作物生物量和产量形成的基础；另一方面，植物通过地下部根吸收氮素，也是作物产量形成的关键限制因子。
“植物依靠光合作用固定碳素，依靠根吸收氮素，这两个过程紧密相连，并对作物产量的形成至关重要。”周文彬说，如何在提高作物光合作用效率的同时，提高氮素利用效率、促进作物碳氮代谢协同，从而实现作物高产高效，是当前农业科学领域重要的科学问题之一。
为此，科学家对比研究了产量相对于水稻、小麦更高的玉米等作物。
年，发表在《自然—生物技术》的研究鉴定到了个玉米和水稻共有的与光合作用过程密切相关的转录因子。
“我们站在前人的肩膀上，以这个转录因子为切入点，逐一分析它们在水稻中光照条件和低氮条件的诱导表达情况，鉴定到一个同时受光和低氮调控的转录因子OsDREB1C。”周文彬说。
为了验证这个基因的功能，此后，该团队进行了不同作物、不同地点的多年田间试验。
“多面手”明星基因
“其实我们筛选到的是一个明星基因。”周文彬告诉记者，转录因子OsDREB1C在拟南芥等模式植物中备受