中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所聯(lián)合多家單位在Nature Communications發(fā)表題為Suppressing an auxin efflux transporter enhances rice adaptation to temperate habitats的研究論文，闡述生長素外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HAN2/OsABCB5通過生長素信號通路調(diào)控水稻低溫環(huán)境適應(yīng)性的分子機(jī)制。該研究獲得兩個新發(fā)現(xiàn)：① 生長素轉(zhuǎn)運(yùn)及其信號通路調(diào)控水稻低溫環(huán)境適應(yīng)性的遺傳基礎(chǔ)，② Copia逆轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的表觀遺傳修飾驅(qū)動秈粳適應(yīng)性分化的分子機(jī)制，為培育氣候韌性水稻品種提供新的理論依據(jù)與基因資源。
水稻作為起源于熱帶或亞熱帶的糧食作物，其生長發(fā)育對低溫脅迫敏感。伴隨全球氣候變化加劇，極端低溫事件發(fā)生頻率顯著上升，發(fā)掘耐冷基因并解析分子機(jī)制，有利于水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)遺傳改良。目前利用自然群體挖掘的水稻耐冷基因資源有限。該研究團(tuán)隊基于正向遺傳學(xué)方法在溫帶粳稻中克隆到一個同時調(diào)控水稻苗期與孕穗期耐冷QTL-HAN2，HAN2編碼一個生長素外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（OsABCB5），通過生長素介導(dǎo)的“OsARF24-OsMAP1/OsMPK3“信號通路負(fù)調(diào)控水稻耐冷性。在水稻馴化過程中，HAN2在秈稻和溫帶粳稻中出現(xiàn)分化。在溫帶粳稻中，HAN2等位基因在其下游獲得一個Copia型逆轉(zhuǎn)座子的插入，通過表觀遺傳學(xué)修飾降低基因表達(dá)，從而增強(qiáng)耐冷性，適應(yīng)溫帶環(huán)境。溫帶粳稻HAN2等位基因向秈稻品種中導(dǎo)入可以增強(qiáng)水稻苗期與孕穗期耐冷性，因此該基因具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)育種價值。該研究深化了溫帶粳稻向北擴(kuò)張的適應(yīng)性馴化機(jī)制的理解，為氣候韌性水稻育種提供了新的理論依據(jù)與基因資源。
中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所毛東海研究員為通訊作者，崔延春博士、黃麗芳、劉朋博士及王曉東為共同第一作者。研究獲陳彩艷研究員、邢永忠教授（崖州灣國家實(shí)驗室）、張文利教授（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、唐文幫教授（湖南雜交水稻研究中心）等專家指導(dǎo)，崖州灣國家實(shí)驗室吳比博士、湖南雜交水稻研究中心譚勇俊博士等參與試驗。南方科技大學(xué)陳永龍教授團(tuán)隊及本所公共技術(shù)中心提供技術(shù)支持，謝卡斌教授（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）提供了遺傳材料。研究獲國家自然科學(xué)基金、湖南省科技重大專項等項目資助。
水稻基因HAN2促進(jìn)溫帶粳稻適應(yīng)低溫環(huán)境
基于HAN2介導(dǎo)的水稻耐寒適應(yīng)機(jī)制模型
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