近日，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會聯(lián)合體組織18個成員學(xué)會推薦，經(jīng)過生命科學(xué)領(lǐng)域同行專家評審及聯(lián)合體主席團(tuán)評選和審核，向社會公布了度“中國生命科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展”。這些成果揭示了哪些生命奧秘？將怎么影響人們生活？本報(bào)選擇部分研究成果予以介紹，以饗讀者。

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水稻是全世界一半人口賴以生存的口糧，我國是水稻的第一生產(chǎn)國和消費(fèi)國，在世界稻谷市場具有重要地位。近年來全球氣候變化導(dǎo)致局部區(qū)域異常天氣頻發(fā)，直接威脅水稻生產(chǎn)，因而適應(yīng)環(huán)境溫度變化成為作物穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。增強(qiáng)水稻的環(huán)境適應(yīng)能力，不但可以在常規(guī)種植區(qū)域抵御環(huán)境脅迫，而且可以使水稻種植緯度北移、擴(kuò)大種植面積。而科學(xué)界對水稻感知低溫機(jī)制知之甚少。

水稻是起源于熱帶和亞熱帶的作物，它對低溫十分敏感。水稻栽培種包括兩個亞種??秈稻和粳稻，秈稻比粳稻對低溫脅迫更加敏感、更容易出現(xiàn)生長停滯或發(fā)育障礙的寒害現(xiàn)象。比如，生產(chǎn)中水稻苗期的倒春寒會引起秧苗枯萎，水稻孕穗期突然降溫會因花粉敗育而結(jié)實(shí)率下降，所以低溫寒害直接威脅水稻生產(chǎn)。因此，提高耐寒性對水稻育種非常重要。而現(xiàn)代分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，為科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻感受和抵御低溫機(jī)制、開展作物品種性狀的分子設(shè)計(jì)提供了可能。

中國科學(xué)院植物研究所研究員種康說，植物對低溫脅迫應(yīng)答機(jī)制可以分為低溫感受及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)介導(dǎo)的防御反應(yīng)。他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了水稻中多個受低溫誘導(dǎo)并參與耐寒防御反應(yīng)的基因，證明在低溫條件下維持細(xì)胞的分裂能力可以賦予水稻更強(qiáng)的耐受能力。

種康說，水稻耐寒性是多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀。粳稻和秈稻這兩個栽培亞種在對溫度適應(yīng)性上有明顯不同，粳稻具有耐寒的特點(diǎn)，秈稻則耐濕耐熱。據(jù)介紹，種康研究小組與錢前、葛頌和王文研究員等合作，發(fā)現(xiàn)水稻感受與防御寒害的蛋白復(fù)合物及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。

種康說，該研究工作是基于粳稻和秈稻在低溫適應(yīng)方面的明顯差異，通過分子遺傳學(xué)、基因組、細(xì)胞生理與進(jìn)化生物學(xué)等多學(xué)科交叉的研究策略，解析了該復(fù)雜農(nóng)藝性狀的分子機(jī)制和可能的利用途徑。據(jù)介紹，他們的研究團(tuán)隊(duì)通過對水稻苗期的耐寒性進(jìn)行的系統(tǒng)鑒定和分子遺傳解析，發(fā)現(xiàn)了控制該數(shù)量性狀的多個基因位點(diǎn)，分離克隆到水稻四號染色體上感受低溫的重要數(shù)量性狀位點(diǎn)基因COLD1。該基因編碼一個定位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，遇冷時(shí)，COLD1蛋白和另一蛋白RGA互作感知低溫信號，并通過鈣信號傳遞到細(xì)胞核中，觸發(fā)下游耐寒防御基因的表達(dá)以抵御寒害脅迫。研究人員進(jìn)一步借助近等基因系遺傳材料和轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證了粳稻中該基因在水稻耐低溫脅迫中的重要控制作用。他們還揭示了賦予耐寒性的基因具有人工馴化特征，來源于中國野生稻。

有關(guān)COLD1復(fù)合物感受與防御寒害機(jī)制的研究成果受到一系列國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊專評，論文還入選國際著名期刊《細(xì)胞》度十佳論文。種康表示，揭示水稻COLD1基因在低溫感受和抵御中的機(jī)制，有助于水稻耐寒品種的分子設(shè)計(jì)，對中國超級雜交稻親本或其他秈粳稻的耐寒性的改良以及水稻穩(wěn)產(chǎn)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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