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水稻怎样感知低温?

时间:2016-02-01 14:58来源:人民日报   作者:未知 阅读:

近日,中国科协生命科学学会联合体组织18个成员学会推荐,经过生命科学领域同行专家评审及联合体主席团评选和审核,向社会公布了2015年度“中国生命科学领域十大进展”。这些成果揭示了哪些生命奥秘?将怎么影响人们生活?本报选择部分研究成果予以介绍,以飨读者。

  ——编者

水稻是全世界一半人口赖以生存的口粮,我国是水稻的第一生产国和消费国,在世界稻谷市场具有重要地位。近年来全球气候变化导致局部区域异常天气频发,直接威胁水稻生产,因而适应环境温度变化成为作物稳产的基础。增强水稻的环境适应能力,不但可以在常规种植区域抵御环境胁迫,而且可以使水稻种植纬度北移、扩大种植面积。而科学界对水稻感知低温机制知之甚少。

水稻是起源于热带和亚热带的作物,它对低温十分敏感。水稻栽培种包括两个亚种——籼稻和粳稻,籼稻比粳稻对低温胁迫更加敏感、更容易出现生长停滞或发育障碍的寒害现象。比如,生产中水稻苗期的倒春寒会引起秧苗枯萎,水稻孕穗期突然降温会因花粉败育而结实率下降,所以低温寒害直接威胁水稻生产。因此,提高耐寒性对水稻育种非常重要。而现代分子生物学理论和技术的发展,为科学家发现水稻感受和抵御低温机制、开展作物品种性状的分子设计提供了可能。

中国科学院植物研究所研究员种康说,植物对低温胁迫应答机制可以分为低温感受及其信号转导介导的防御反应。他领导的研究小组已经发现了水稻中多个受低温诱导并参与耐寒防御反应的基因,证明在低温条件下维持细胞的分裂能力可以赋予水稻更强的耐受能力。

种康说,水稻耐寒性是多基因控制的复杂数量性状。粳稻和籼稻这两个栽培亚种在对温度适应性上有明显不同,粳稻具有耐寒的特点,籼稻则耐湿耐热。据介绍,种康研究小组与钱前、葛颂和王文研究员等合作,发现水稻感受与防御寒害的蛋白复合物及其信号转导机制。

种康说,该研究工作是基于粳稻和籼稻在低温适应方面的明显差异,通过分子遗传学、基因组、细胞生理与进化生物学等多学科交叉的研究策略,解析了该复杂农艺性状的分子机制和可能的利用途径。据介绍,他们的研究团队通过对水稻苗期的耐寒性进行的系统鉴定和分子遗传解析,发现了控制该数量性状的多个基因位点,分离克隆到水稻四号染色体上感受低温的重要数量性状位点基因COLD1。该基因编码一个定位于细胞膜上的蛋白质,遇冷时,COLD1蛋白和另一蛋白RGA互作感知低温信号,并通过钙信号传递到细胞核中,触发下游耐寒防御基因的表达以抵御寒害胁迫。研究人员进一步借助近等基因系遗传材料和转基因实验验证了粳稻中该基因在水稻耐低温胁迫中的重要控制作用。他们还揭示了赋予耐寒性的基因具有人工驯化特征,来源于中国野生稻。

有关COLD1复合物感受与防御寒害机制的研究成果受到一系列国内外学术期刊专评,论文还入选国际著名期刊《细胞》2015年度十佳论文。种康表示,揭示水稻COLD1基因在低温感受和抵御中的机制,有助于水稻耐寒品种的分子设计,对中国超级杂交稻亲本或其他籼粳稻的耐寒性的改良以及水稻稳产具有潜在的应用价值。

(责任编辑:泉水)
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