【人民日報】水稻怎樣感知低溫？

　　近日，中國科協生命科學學會聯合體組織18個成員學會推薦，經過生命科學領域同行專家評審及聯合體主席團評選和審核，向社會公布了2015年度“中國生命科學領域十大進展”。這些成果揭示了哪些生命奧秘？將怎么影響人們生活？本報選擇部分研究成果予以介紹，以饗讀者。

　　——編者

　　水稻是全世界一半人口賴以生存的口糧，我國是水稻的第一生產國和消費國，在世界稻谷市場具有重要地位。近年來全球氣候變化導致局部區域異常天氣頻發，直接威脅水稻生產，因而適應環境溫度變化成為作物穩產的基礎。增強水稻的環境適應能力，不但可以在常規種植區域抵御環境脅迫，而且可以使水稻種植緯度北移、擴大種植面積。而科學界對水稻感知低溫機制知之甚少。

　　水稻是起源于熱帶和亞熱帶的作物，它對低溫十分敏感。水稻栽培種包括兩個亞種——秈稻和粳稻，秈稻比粳稻對低溫脅迫更加敏感、更容易出現生長停滯或發育障礙的寒害現象。比如，生產中水稻苗期的倒春寒會引起秧苗枯萎，水稻孕穗期突然降溫會因花粉敗育而結實率下降，所以低溫寒害直接威脅水稻生產。因此，提高耐寒性對水稻育種非常重要。而現代分子生物學理論和技術的發展，為科學家發現水稻感受和抵御低溫機制、開展作物品種性狀的分子設計提供了可能。

　　中國科學院植物研究所研究員種康說，植物對低溫脅迫應答機制可以分為低溫感受及其信號轉導介導的防御反應。他領導的研究小組已經發現了水稻中多個受低溫誘導并參與耐寒防御反應的基因，證明在低溫條件下維持細胞的分裂能力可以賦予水稻更強的耐受能力。

　　種康說，水稻耐寒性是多基因控制的復雜數量性狀。粳稻和秈稻這兩個栽培亞種在對溫度適應性上有明顯不同，粳稻具有耐寒的特點，秈稻則耐濕耐熱。據介紹，種康研究小組與錢前、葛頌和王文研究員等合作，發現水稻感受與防御寒害的蛋白復合物及其信號轉導機制。

　　種康說，該研究工作是基于粳稻和秈稻在低溫適應方面的明顯差異，通過分子遺傳學、基因組、細胞生理與進化生物學等多學科交叉的研究策略，解析了該復雜農藝性狀的分子機制和可能的利用途徑。據介紹，他們的研究團隊通過對水稻苗期的耐寒性進行的系統鑒定和分子遺傳解析，發現了控制該數量性狀的多個基因位點，分離克隆到水稻四號染色體上感受低溫的重要數量性狀位點基因COLD1。該基因編碼一個定位于細胞膜上的蛋白質，遇冷時，COLD1蛋白和另一蛋白RGA互作感知低溫信號，并通過鈣信號傳遞到細胞核中，觸發下游耐寒防御基因的表達以抵御寒害脅迫。研究人員進一步借助近等基因系遺傳材料和轉基因實驗驗證了粳稻中該基因在水稻耐低溫脅迫中的重要控制作用。他們還揭示了賦予耐寒性的基因具有人工馴化特征，來源于中國野生稻。

　　有關COLD1復合物感受與防御寒害機制的研究成果受到一系列國內外學術期刊專評，論文還入選國際著名期刊《細胞》2015年度十佳論文。種康表示，揭示水稻COLD1基因在低溫感受和抵御中的機制，有助于水稻耐寒品種的分子設計，對中國超級雜交稻親本或其他秈粳稻的耐寒性的改良以及水稻穩產具有潛在的應用價值。