在全球气候持续变暖的背景下，极端高温事件正在从区域性气候异常转变为影响农业生产稳定性的长期风险。过去一年中，包括印度在内的多个粮食主产区经历了创纪录高温，部分地区地表温度接近50℃。与此同时，多项气候模型研究指出，未来全球小麦花期热胁迫风险仍将持续上升。来自 Climatic Change 的模型研究显示，在高排放情景下，部分小麦产区花期极端高温导致的减产风险到本世纪末可能接近20%。
在这一背景下，“耐热性”已从传统农艺性状逐渐转变为作物分子育种中的核心目标之一。过去几年中，植物耐热研究的技术路线也正在发生明显变化：研究重点不再局限于单一耐热基因的发现，而是逐渐形成“多组学筛选—表达验证—分子标志开发—高通量分型”的完整技术链路。在这一过程中，以qPCR为代表的表达分析技术与以KASP为代表的SNP分型技术，正在成为连接基础研究与育种应用的关键工具。
一、耐热研究正在从“生理响应”进入“分子网络解析”阶段
植物对高温胁迫的响应，本质上是一个复杂的系统性调控过程。高温不仅会导致蛋白质错误折叠与膜系统失稳，还会引发活性氧（ROS）快速积累，从而造成氧化损伤。为维持细胞稳态，植物需要迅速启动热激蛋白（HSP）、抗氧化系统以及激素信号通路等多层级防御机制。
耐热响应在耐热型（Misr2）和敏感型（Line4）小麦基因型中的整合机制。J. E. Shenoda, et al. Scientific Reports, 2026.
近年来，多项研究正在不断揭示这一调控网络的复杂性。2026年发表于Scientific Reports 的研究发现，小麦热耐受过程中，热激蛋白系统、抗氧化酶系统与过氧化物酶体形成之间存在显著协同调控关系。其中HSP70、HSP90及ROS清除酶共同参与维持细胞热稳态。
热胁迫响应中小麦籽粒活跃翻译的概述。Yongming Chen, et al. Genome Biology, 2025.
与此同时，研究重点也逐渐从转录水平进一步延伸至翻译调控层面。2025年发表于 Genome Biology 的研究表明，小麦在高温条件下会发生广泛的翻译调控重塑，部分小ORF编码的microprotein甚至能够直接参与热激蛋白互作，从而影响不同品种间的耐热差异。
这些研究说明，当前作物耐热性已经被视为典型的复杂数量性状，其背后涉及多层级分子网络协同调控。这也意味着，仅依赖传统表型筛选已经难以满足现代耐热育种需求，分子标记辅助筛选的重要性正在迅速提升。
二、qPCR：连接转录组筛选与功能验证的核心技术
随着RNA-seq和转录组技术的普及，研究人员已经能够快速筛选出大量与热胁迫相关的候选基因。然而，高通量测序本身仍然依赖统计分析模型，因此需要通过更高精度的实验手段进一步验证表达差异。
在这一环节中，实时荧光定量PCR（qPCR）仍然是目前最常用的表达验证技术之一。
小麦AP2/ERF基因在不同生长阶段及胁迫条件下的表达模式与调控特征。Junjie Han, et al. BMC Plant Biology, 2025.
例如，在2025年发表于 BMC Plant Biology 的小麦热胁迫研究中，研究人员通过不同生育阶段的转录组分析筛选AP2/ERF调控网络相关基因，并进一步利用qPCR验证TaEREBP1-L等关键基因在热胁迫条件下的表达动态。
转基因拟南芥在干旱、热胁迫及复合胁迫下的表型与生理响应。Junjie Han, et al. BMC Plant Biology, 2025.
玉米植株热胁迫的综合概述。Huaijun Tang, et al. International Journal of Molecular Sciences, 2025.
类似策略也广泛应用于玉米、水稻及棉花等作物研究中。2025年发表于 International Journal of Molecular Sciences 的综述指出，目前绝大多数热胁迫相关研究都会通过qPCR对RNA-seq结果进行二次验证，以提高候选基因筛选的可靠性。
值得注意的是，高温研究对qPCR体系本身也提出了更高要求。一方面，许多热响应基因会在短时间内迅速上调，对检测灵敏度与扩增效率要求较高；另一方面，高温条件下植物组织中多酚、多糖及ROS积累增加，也更容易影响RNA稳定性与扩增一致性。因此，在植物热胁迫研究中，具有良好稳定性与复杂样本兼容性的qPCR体系正在越来越受到重视。
三、KASP：耐热分子标记开发进入实际育种阶段
如果说qPCR主要解决的是“候选基因是否参与热响应”的问题，那么KASP （Kompetitive Allele Specific PCR）则进一步回答了：
“哪些遗传变异能够真正用于耐热育种筛选？”
随着GWAS与重测序技术的发展，大量与耐热性相关的SNP位点被不断发现。然而，如何将这些位点转化为能够应用于大规模育种群体筛选的检测工具，成为耐热研究向应用转化过程中最关键的一步。
KASP技术正是在这一背景下得到快速发展。
Kruskal-Wallis检验证实，三个KASP验证标记的小麦等位基因之间存在显著的热敏感指数（HSI）差异。Latief Bashir, et al. BMC Plant Biology, 2025.
2025年发表于 BMC Plant Biology 的研究，对126份小麦种质资源进行了多环境热胁迫评价，并结合35K SNP芯片进行GWAS分析，最终筛选出多个与产量和热耐受相关的重要QTN位点。研究进一步开发了KASP标记，对AX-95018072等关键SNP进行了验证，并成功应用于耐热材料区分。作者指出，这些KASP标记可直接用于热耐受小麦的分子辅助育种。
基于KASP标记对SNP位点D06-5486185的308份陆地棉（G. hirsutum）自然群体进行基因分型的散点图。 Zhaolong Gong, et al. Genes, 2025.
类似研究也开始出现在棉花等经济作物中。2025年发表于 Genes 的研究，通过GWAS定位棉花耐热相关位点，并基于D06染色体SNP开发KASP assay，对308份材料进行了高温耐受分型。结果显示，特定等位基因型材料在花粉活力、叶面积与结铃性状上均表现出更强耐热性。
这些研究反映出一个重要趋势：
KASP已经不再只是科研验证工具，而是正在进入真正意义上的耐热分子育种阶段。
四、从“表达分析”到“分型筛选”：育种研究形成完整技术闭环
当前作物耐热研究的一个显著特点，是不同分子技术之间正在形成高度协同。
在典型研究路径中：
RNA-seq用于筛选热响应候选基因；
qPCR用于验证表达差异；
GWAS用于定位关键遗传位点；
KASP用于高通量SNP分型与育种群体筛选。
这一体系实现了从“机制研究”到“育种应用”的连续衔接。
相比传统表型育种，该技术路径不仅能够提高筛选效率，也能够在早期世代实现耐热材料快速鉴定，从而显著缩短育种周期。同时，关于其他特性的分子育种研究也在采取这套路径。
向日葵qPH15的精细定位及HaNAC7候选基因的鉴定。Mingzhu Zhao, et al. Plants, 2026.
2026年发表于Plants 的研究展示了从高通量测序初定位到KASP标记精细定位，再到qRT-PCR表达验证和单倍型分析的完整分子育种研究流程，为向日葵株高改良提供了可直接应用的分子标记和基因资源。
值得强调的是，qPCR与KASP并非替代关系，而是分别作用于不同层级：前者聚焦基因表达与功能关联，后者关注遗传变异与群体筛选。两者的结合，使得研究能够同时从功能与遗传两个维度理解耐热性状，从而提高分子育种效率与结果可靠性。
五、展望：气候变化正在推动农业进入“分子标记育种时代”
随着全球极端高温事件持续增加，作物耐热性研究正在从基础机制解析快速走向应用转化。未来，多组学整合、AI辅助候选位点筛选以及高通量分型技术，将进一步推动耐热育种进入精准化阶段。
在这一过程中，以qPCR和KASP为代表的分子检测技术，正在成为连接基础研究与农业应用的重要桥梁。其稳定性、通量能力以及对复杂样本的适应能力，也将越来越直接地影响研究效率与育种进程。
从更广泛的角度来看，高温胁迫研究所推动的，不仅是对植物逆境响应机制的重新理解，也正在加速农业生物技术从“经验育种”向“分子标记驱动育种”的系统性转型。
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