水稻孕穗期耐冷基因克隆與進化研究獲進展

　　近日，湖北省農業科學院糧作所與中國農業大學等單位合作完成的水稻孕穗期耐冷基因克隆與進化研究取得新進展，該研究成果文章《Stepwise selection of natural variations at CTB2 and CTB4a improves cold adaptation during domestication of japonica rice》在《New phytologist》（IF：8.51）上全文在線發表。該研究克隆了一個新的水稻孕穗期耐冷基因CTB2，對CTB2和CTB4a自然變異的逐步選擇提高了粳稻的冷適應性，發現耐冷粳稻起源于云南昆明地區，并提出了耐冷粳稻在國內外的傳播路經，云南—日本—中國東北地區和朝鮮半島等。

　　水稻是一種起源于熱帶或亞熱帶的冷敏感作物，在孕穗期遭遇低溫會導致水稻不能正常發育而嚴重減產。該研究利用耐冷近等基因系構建分離群體，在連鎖定位的基礎上，進一步利用54份粳稻和67份秈稻種質資源的孕穗期耐冷表型進行全基因組關聯分析，挖掘到一個新的耐冷基因CTB2。CTB2編碼一個葡糖基轉移酶，在絨氈層、花粉粒和花藥中高表達。在低溫脅迫下，CTB2通過影響甾醇糖苷和乙酰化甾醇糖苷的含量，進而維持細胞膜的滲透性，保護花粉粒及花粉外壁結構，最終提高水稻的耐冷性。

　　CTB4a是該團隊之前克隆的重要的水稻孕穗期耐冷基因（Zhang et al.，2017），本研究分析發現野生稻中不含有CTB4a的功能變異，其耐冷等位基因是在冷環境下馴化出的新變異，主要分布在高海拔和高緯度區域；而CTB2存在4種單倍型，其中一種優勢單倍型SNP（A）表現強耐冷性，該單倍型起源于中國普通野生稻，在粳稻的冷適應馴化過程中受到了明顯的人工選擇，逐步擴散到高緯度地區，最后與當地新產生的CTB4a變異一起增強水稻的耐冷性。使得水稻的種植區域從低海拔延擴到高海拔地區，最終擴展到高緯度的中國東北地區，對寒地水稻發展起到了重要作用。

　　該研究發現在粳稻馴化的過程中，通過對現存變異和新變異的逐步選擇可以提高其耐冷性。該研究不僅為水稻耐冷育種提供了重要的基因資源，也為植物適應性進化提供了另一個理論實例。這一研究結果對有效保障水稻遭遇低溫或寒地種植條件下高產穩產性、促進水稻進一步向高海拔高緯度地區種植發展、解決我國對稻米日益增長的需求有重要意義。