中国科学院遗传与发育生物学研究所揭开北方粳稻低温适应性之谜

　　本网讯（记者　姚媛）８月１７日，中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究组在《Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ》杂志上发表研究成果，通过对美国农业部（ＵＳＤＡ）收集的２０２份代表世界不同水稻种植区的水稻微核心种质资源群体进行低温耐受性鉴定，并与低温耐受性相关的ｂＺＩＰ转录因子进行关联分析，结合群体遗传学和进化生物学方法对相关位点进行籼粳分化和进化选择分析，发现了一个与粳稻苗期低温耐受性关联又在进化中受到强烈选择的耐低温基因——ｂＺＩＰ７３，并阐明了耐低温的分子机理及其进化历程。

　　近年来，极端气候频繁增多，倒春寒、寒露风等低温灾害逐年增加。每年我国因低温造成的粮食损失高达３－５亿吨，严重影响着粮食供给。这一研究成果不仅揭示了粳稻驯化过程中适应低温环境的分子机制，对于培育适应高纬度高海拔地区水稻品种具有重要指导意义。

    （图）ＯｓｂＺＩＰ７３的逐步选择模式以及ＯｓｂＺＩＰ７３Ｊａｐ耐低温的分子机制

　　研究发现，在籼稻和粳稻的原始祖先野生稻群体中ｂＺＩＰ７３基因蛋白质编码区只有１个核苷酸差别，实验证明，含有籼稻型ｂＺＩＰ７３基因水稻对低温敏感，而含有粳稻型ｂＺＩＰ７３基因水稻对低温具有耐受性，证明就是这一个核苷酸的差异决定了籼粳稻的分化及低温耐受性差异。遗传及生物化学研究都表明，粳稻型ｂＺＩＰ７３基因通过与另一个ｂＺＩＰ蛋白ｂＺＩＰ７１互作来调节水稻体内植物激素脱落酸（ＡＢＡ）和活性氧（ＲＯＳ）水平，从而提高水稻对低温的耐受性。进一步对水稻祖先种——野生稻群体基因组序列分析发现，ｂＺＩＰ７３基因可能早在水稻祖先野生稻中就受到了选择。非常有意思的是，结合野生稻分布区以及１９６０－１９９０年３０年间平均地表温度数据分析发现，在印度、孟加拉国和中南半岛以西地表温度较高的地带，野生稻中同时存在粳稻型和籼稻型ｂＺＩＰ７３，而相对地表温度较低的中国南方野生稻分布区中的野生稻仅存在粳稻型ｂＺＩＰ７３，也就是说，只有含粳稻型ｂＺＩＰ７３的野生稻能够在较低地表温度地区越冬生长，这一发现表明，粳稻型ｂＺＩＰ７３与水稻的北移具有明显的相关性。这项研究成果对南方籼稻品种低温耐受性改良以及水稻种植区北移具有重要意义。

　　储成才，中科院遗传发育所研究员，１９９９年入选中国科学院“百人计划”，回国到中科院遗传发育所工作；２００４年入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选；２００８年国家杰出青年基金获得者。２０１７年荣获国家“万人计划”领军人才。储成才课题组还从事农作物产量性状的分子基础及作物品种的分子设计改良研究，在水稻营养高效吸收利用、叶片衰老调控及源－库互作等分子机制和作物分子设计育种等研究领域发表了一系列原创性研究成果，为新一代水稻及其他作物设计育种提供了全新的思路。近年来，已在Ｎａｔｕｒｅ　Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，　Ｎａｔｕｒｅ　Ｐｌａｎｔｓ，　Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　Ｇｅｎｏｍｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，　ＰＮＡＳ，　Ｐｌａｎｔ　Ｃｅｌｌ等主流刊物发表论文１２０多篇，申请专利４０多项，其中国际专利８项，与育种单位合作培育水稻新品种３个，累计推广面积达１５００万亩。