中國科學(xué)院植物所發(fā)現(xiàn)水稻中控制兩個時期的耐寒分子模塊

　　在水稻生長發(fā)育過程中，苗期和孕穗期是兩個對低溫脅迫非常敏感的階段，但鮮有關(guān)于同時調(diào)控兩個時期的分子模塊的報道。解析水稻低溫信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、挖掘關(guān)鍵調(diào)控基因以及開展分子設(shè)計育種，是解決水稻耐低溫脅迫的有效措施之一。中國科學(xué)院院士、植物研究所研究員種康團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)能夠同時控制兩個時期的耐寒分子模塊，馴化選擇的COG3調(diào)控光系統(tǒng)II蛋白D1的周轉(zhuǎn)影響水稻耐寒性，具有育種分子設(shè)計的應(yīng)用潛力。

 

　　種康團(tuán)隊致力于水稻耐低溫研究，發(fā)現(xiàn)了一系列的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和分子，包括低溫感受器COLD1及其下游葉綠體中調(diào)控亞網(wǎng)絡(luò)、磷酸化修飾和轉(zhuǎn)錄因子途徑、蛋白構(gòu)象改變以及DNA損傷修復(fù)等。該團(tuán)隊與揚州大學(xué)教授梁國華克隆到粳稻中耐冷QTL主效基因（Chilling tolerance in Geng）COG1和COG2。COG1和COG2分別通過膜定位的受體蛋白復(fù)合體和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)調(diào)控耐寒性。盡管目前克隆了一些在水稻不同發(fā)育時期發(fā)揮作用的耐寒基因，但只有少數(shù)基因被證明在水稻苗期和孕穗期同時具有調(diào)控作用。

 

　　近期，科研人員克隆并驗證了粳稻中COG3基因?qū)λ久缙诤驮兴肫诘恼{(diào)控作用。研究基于表型鑒定和序列分析發(fā)現(xiàn)，COG3的啟動子序列在耐冷粳稻日本晴和冷敏感秈稻93-11之間存在多個位點變異，部分變異導(dǎo)致COG3表達(dá)模式改變，且這些變異位點在粳稻馴化過程中經(jīng)歷了明顯的選擇。低溫誘導(dǎo)的COG3與葉綠體中的蛋白水解酶OsFtsH2互作，有效清除受低溫?fù)p傷的D1蛋白，平衡D1蛋白的周轉(zhuǎn)，進(jìn)而維持光合效率而調(diào)控水稻的耐寒性。研究表明，馴化選擇的高表達(dá)蛋白COG3在低溫時對葉綠體光系統(tǒng)II關(guān)鍵組分（OsFtsH2-D1）發(fā)揮維護(hù)作用，揭示了水稻耐低溫脅迫的新機制，為水稻耐寒分子設(shè)計育種提供了新的候選模塊。

 

　　1月3日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《新植物學(xué)家》（New Phytologist）上。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和國家自然科學(xué)基金的支持。