水稻是重要的糧食作物，對冷脅迫敏感。苗期遇到低溫天氣，稻苗會發(fā)生生長遲緩、黃化甚至死苗，引起水稻減產(chǎn)。提高水稻苗期耐冷能力，對于減少水稻苗期冷害損失、推廣水稻直播種植具有重要意義。水稻耐低溫脅迫是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受多基因調(diào)控，目前已克隆且有功能鑒定的苗期耐冷基因有限。因此，挖掘新的水稻耐冷調(diào)控基因并解析其耐冷機理，將為水稻耐冷育種提供幫助。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)團隊在水稻耐冷基因鑒定和耐冷機理研究中取得了新進(jìn)展。該團隊此前鑒定到一個水稻苗期低溫敏感白化突變體ospus1。OsPUS1編碼一個定位于葉綠體的假尿苷合成酶，其突變影響葉綠體核糖體生物合成，導(dǎo)致低溫下體內(nèi)超氧根陰離子（Superoxide, O2?-）的累積和葉片白化。該研究通過EMS化學(xué)誘變篩選得到一個ospus1抑制子，其編碼一個定位于線粒體的PPR（pentatricopeptide repeat protein）蛋白。該PPR蛋白突變造成線粒體基因nad4、nad5轉(zhuǎn)錄本的內(nèi)含子剪切異常，同時，降低nad2、nad6和rps4轉(zhuǎn)錄本的RNA編輯效率，導(dǎo)致線粒體復(fù)合體I活性降低。線粒體電子傳遞鏈復(fù)合體I是細(xì)胞產(chǎn)生O2?-的主要部位，其活性降低使得O2?-的產(chǎn)生減少，并恢復(fù)了葉綠體突變引起的低溫白化表型。過表達(dá)不同細(xì)胞器定位的超氧化物歧化酶（SOD）不同程度的恢復(fù)了ospus1突變體中O2?-的累積及突變體低溫白化表型，其中線粒體定位的Mn-SOD恢復(fù)得最好。這表明線粒體產(chǎn)生的O2?-的累積是引起ospus1低溫白化的原因，在水稻冷響應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步，研究在不同早秈稻中敲除該線粒體PPR蛋白編碼基因，降低了冷脅迫條件下O2?-的累積，從而增加了耐冷性。

 

　　該成果證明了線粒體產(chǎn)生的O2?-在冷響應(yīng)過程中的調(diào)控作用，并鑒定到一個線粒體O2?-的調(diào)控因子，為水稻耐冷育種提供了遺傳資源。該研究通過創(chuàng)制低溫敏感葉色突變體ospus1的抑制子，獲得了一個耐冷基因，表明利用水稻低溫敏感葉色突變體篩選不同抑制子，可作為挖掘不同程度耐冷基因的新思路。此外，該研究中的一個線粒體蛋白的突變能夠恢復(fù)由葉綠體突變引起的低溫白化表型，暗示葉綠體和線粒體之間的交流可能通過調(diào)控線粒體的O2?-從而在水稻冷響應(yīng)過程中發(fā)揮功能。