在水稻生長(cháng)發(fā)育過(guò)程中，苗期和孕穗期是兩個(gè)對低溫脅迫非常敏感的階段，但鮮有關(guān)于同時(shí)調控兩個(gè)時(shí)期的分子模塊的報道。解析水稻低溫信號調控網(wǎng)絡(luò )、挖掘關(guān)鍵調控基因以及開(kāi)展分子設計育種，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隊發(fā)現能夠同時(shí)控制兩個(gè)時(shí)期的耐寒分子模塊，馴化選擇的COG3調控光系統II蛋白D1的周轉影響水稻耐寒性，具有育種分子設計的應用潛力。

 

　　種康團隊致力于水稻耐低溫研究，發(fā)現了一系列的關(guān)鍵調控網(wǎng)絡(luò )和分子，包括低溫感受器COLD1及其下游葉綠體中調控亞網(wǎng)絡(luò )、磷酸化修飾和轉錄因子途徑、蛋白構象改變以及DNA損傷修復等。該團隊與揚州大學(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(guò)膜定位的受體蛋白復合體和細胞壁結構調控耐寒性。盡管目前克隆了一些在水稻不同發(fā)育時(shí)期發(fā)揮作用的耐寒基因，但只有少數基因被證明在水稻苗期和孕穗期同時(shí)具有調控作用。

 

　　近期，科研人員克隆并驗證了粳稻中COG3基因對水稻苗期和孕穗期的調控作用。研究基于表型鑒定和序列分析發(fā)現，COG3的啟動(dòng)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(gè)位點(diǎn)變異，部分變異導致COG3表達模式改變，且這些變異位點(diǎn)在粳稻馴化過(guò)程中經(jīng)歷了明顯的選擇。低溫誘導的COG3與葉綠體中的蛋白水解酶OsFtsH2互作，有效清除受低溫損傷的D1蛋白，平衡D1蛋白的周轉，進(jìn)而維持光合效率而調控水稻的耐寒性。研究表明，馴化選擇的高表達蛋白COG3在低溫時(shí)對葉綠體光系統II關(guān)鍵組分（OsFtsH2-D1）發(fā)揮維護作用，揭示了水稻耐低溫脅迫的新機制，為水稻耐寒分子設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(xiàn)發(fā)表在《新植物學(xué)家》（New Phytologist）上。研究工作得到中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項和國家自然科學(xué)基金的支持。