植物所發現水稻中控制兩個時期的耐寒分子模塊

　　在水稻生長發育過程中，苗期和孕穗期是兩個對低溫脅迫非常敏感的階段，但鮮有關于同時調控兩個時期的分子模塊的報道。解析水稻低溫信號調控網絡、挖掘關鍵調控基因以及開展分子設計育種，是解決水稻耐低溫脅迫的有效措施之一。中國科學院院士、植物研究所研究員種康團隊發現能夠同時控制兩個時期的耐寒分子模塊，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，發現了一系列的關鍵調控網絡和分子，包括低溫感受器COLD1及其下游葉綠體中調控亞網絡、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育時期發揮作用的耐寒基因，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現，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，部分變異導致COG3表達模式改變，且這些變異位點在粳稻馴化過程中經歷了明顯的選擇。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在低溫時對葉綠體光系統II關鍵組分（OsFtsH2-D1）發揮維護作用，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，相關研究成果在線發表在《新植物學家》（New Phytologist）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金的支持。

在低溫脅迫條件下COG3的在粳稻日本晴（Nipponbare）中有更高的轉錄水平，而在秈稻93-11中相對較低。葉綠體定位的COG3蛋白與蛋白酶OsFtsH2互作、降解低溫損傷的D1，維持葉綠體光系統II光合效率