研究揭示鈣通道蛋白調控水稻對低溫響應分子機制

  近日，中國農業科學院作物科學研究所萬建民院士團隊系統闡釋了鈣通道蛋白OsCNGC9調控水稻對低溫響應和耐受的分子機制。該研究建立了一條從低溫信號感知到鈣離子通道激活的低溫信號轉導途徑，填補了植物低溫信號轉導途徑中缺失的重要一環，為利用OsCNGC9 進行水稻抗逆遺傳改良提供了理論依據。相關研究成果在線發表于《分子植物》。

據萬建民介紹，低溫脅迫是影響植物生長、發育和地理分布的重要環境限制因素之一。水稻是世界上主要糧食作物之一，起源于熱帶、亞熱帶。相對于小麥、大麥等作物，水稻對低溫脅迫更加敏感。因此，研究水稻響應低溫脅迫的分子機制具有重要的理論意義和生產實踐價值。植物在長期的進化過程中，形成了系統的主動應激和適應機制，以緩解和降低低溫脅迫造成的傷害。細胞質中鈣離子濃度的瞬時上升一直被認為是植物響應低溫脅迫的早期核心事件之一，但植物中負責調控這一過程的分子機制仍然未知。

該團隊前期研究發現，OsCNGC9可以通過與類受體激酶互作正向調控水稻苗期稻瘟病抗性。在本研究中，該團隊發現OsCNGC9 突變體cds1 較野生型對低溫脅迫更為敏感。研究表明，OsCNGC9作為一個鈣離子通道蛋白，積極調控低溫脅迫誘導的胞外鈣離子內流、胞內鈣離子濃度上升和低溫脅迫相關的基因表達。進一步研究發現，一個水稻低溫信號轉導途徑中的關鍵蛋白激酶OsSAPK8可以與OsCNGC9互作，通過將OsCNGC9磷酸化從而改變它的通道活性。此外，在轉錄水平上，低溫誘導的OsCNGC9 表達依賴于水稻低溫脅迫相關的轉錄因子OsDREB1A。實驗證實，OsCNGC9 或OsSAPK8 基因過表達均可以顯著提高水稻對低溫脅迫的抗性，初步展現了OsCNGC9為中心的信號模塊在水稻抗逆遺傳改良中的潛在應用價值。

該研究是萬建民院士團隊在水稻離子通道方面取得的又一重要進展。前期研究相繼發表在《細胞研究》《植物細胞》和《公共科學圖書館·遺傳學》等雜志上。中國科學院分子植物科學卓越創新中心和清華大學生命科學學院參與了部分研究工作，該研究得到國家重點研發計劃、中國農科院科技創新工程和中央公益性科研機構基本科研業務費等項目資助。