让水稻不再怕冷的秘密武器

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水稻

调节脱落酸水平和活性氧物种稳态,可显着提高水稻对寒冷的耐受性

  水稻是一种热带作物,但已被驯化以在寒冷气候下生长。然而,在早春和晚秋,或者在温度降至12摄氏度(或54华氏度)以下的寒冷夜晚,水稻幼苗仍然受到寒冷的压力,特别是在高纬度地区。

  通过结合现代天气预报来改善管理可能有助于缓解这一问题。可以从根本上解决问题的另一条途径是提高作物本身的抗寒胁迫水平。

一种基因促进了水稻对寒冷气候的适应

  亚洲栽培稻有两个亚种,籼稻和粳稻。籼稻主要生长在热带和亚热带地区,包括华南,东南亚和南亚,籼稻不具备耐寒性。粳稻主要种植在温带地区,包括华北和日本。与籼稻相比,粳稻具有较高的抗冷胁迫水平,这很可能是由于人工选择和驯化过程中的局部适应。

  结合群体遗传学、进化生物学和分子生物学技术,中国科学院遗传与发育生物学研究所的朱成才教授及其同事发现了一个关键的调控基因bZIP7,该基因可能促进了粳稻北向扩展,提升粳稻它的冷胁迫耐受性,如Nature Communications所述。

  该调控因子bZIP73 (bZIP73Jap)的日本粳稻等位基因通过与bZIP71的相互作用,通过调节脱落酸水平和活性氧稳态,显著提高水稻对寒冷的耐受性。

  有趣的是,在冷敏感和耐冷bZIP73基因之间的DNA序列只有一个碱基对不同,即所谓的单核苷酸多态性(SNP)。通过追溯这种SNP的起源,朱教授和他的团队从一组水稻祖先中找到了耐寒的起源,这组水稻祖先携带着耐寒基因型,在几千年的驯化过程中使水稻种植进一步向北扩展。