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2015年初文献:发现粳稻耐冷相关COLD1

转自:http://www.ebiotrade.com/newsf/2015-2/2015227210245593.htm

中科院Cell文章发表水稻研究新成果

生物通报道  

    来自中科院植物学研究所、中国农业科学院等研究机构的研究人员,在新研究中鉴别出了赋予粳稻耐冷性的一个数量性状基因座COLD1。这一研究成果在线发表在2月26日的《细胞》(Cell)杂志上。

中科院植物学研究所的种康(Kang Chong)研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究工作包括小麦开花和春化作用分子机理,水稻感受低温信号的分子应答机制,水稻激素信号互作调控器官发生的分子网络。迄今在Nature Communications、PNAS等国际主流学术期刊发表研究论文60余篇。

水稻是世界上重要的粮食作物,由于它是喜温作物,对于寒冷非常敏感,只能种植在某些气候区中。人工驯化和选择粳稻使得它的种植区域延伸到较低温的地区,然而直到现在对于这种适应性的分子基础仍不是很清楚。

水稻芽期、苗期、孕穗期对低温敏感,品种对低温冷害所具有的抵抗性或忍耐性被称为耐冷性(延伸阅读:Nature子刊:植物基因组的开关图 )。作物的许多重要的农艺性状均为数量性状,数量性状是指由多基因(两个或两个以上的基因)控制,无明显的主效基因,易受环境条件的影响,并表现较复杂的互作关系。定位数量性状的基因就称作为数量性状基因座 (quantitative trait locus, QTL)。对于水稻耐冷性的研究早在20世纪30年代就开始了,目前的研究大都表明水稻的耐冷性状是数量性状。

在这篇新文章中,研究人员鉴别出了赋予粳稻耐冷性的一个数量性状基因座COLD1。证实COLD1jap过表达可显著增强水稻耐冷性,而COLD1jap缺陷或下调的水稻品系则对冷非常敏感。研究人员证实COLD1编码了一个G-蛋白信号调控因子,定位在细胞质膜和内质网(ER)上。它与G-蛋白α亚基互作激活了Ca2+通道,由此感知低温并提高了G-蛋白GTP酶(GTPase)活性。随后他们进一步在COLD1中鉴别出了一个SNP——SNP2,证实其起源于中国野生稻(Oryza rufipogon),是COLDjap/ind能够赋予水稻耐冷性的主要原因。新研究数据证实了COLD1在植物适应性中发挥重要的作用。

(生物通:何嫱)

作者简介:

种康

植物分子发育生理研究组,研究组组长、NSFC国家杰出青年获得者、NSFC“细胞分化与器官发生”创新群体首席科学家、“百人计划”入选者、“百千万人才工程”国家级人选。中国科学院植物研究所党委书记、副所长,中国科学院大学教授。社会兼职有中国细胞学会染色体基因组蛋白组分会会长、国际植物生物技术联合会中国分会负责人、中国植物学会副理事长和植物生理与分子生物学会理事。担任《植物学报》主编、Plant Cell Reports、JIPB、J Plant Biol等国际期刊编委。主持承担多项国家重大项目,如973和863项目等。迄今在Nature Communications、PNAS、EMBO J、The Plant Cell等国际主流学术期刊发表研究论文60余篇。

主要研究工作:1. 小麦开花与春化作用分子机理。2. 水稻感受低温信号的分子应答机制。3. 水稻激素信号互作调控器官发生的分子网络

COLD1 Confers Chilling Tolerance in Rice

Rice is sensitive to cold and can be grown only in certain climate zones. Human selection of japonica rice has extended its growth zone to regions with lower temperature, while the molecular basis of this adaptation remains unknown. Here, we identify the quantitative trait locus COLD1 that confers chilling tolerance in japonica rice. Overexpression of COLD1jap significantly enhances chilling tolerance, whereas rice lines with deficiency or downregulation of COLD1jap are sensitive to cold. COLD1 encodes a regulator of G-protein signaling that localizes on plasma membrane and endoplasmic reticulum (ER). It interacts with the G-protein α subunit to activate the Ca2+ channel for sensing low temperature and to accelerate G-protein GTPase activity. We further identify that a SNP in COLD1, SNP2, originated from Chinese Oryza rufipogon, is responsible for the ability of COLDjap/ind to confer chilling tolerance, supporting the importance of COLD1 in plant adaptation.
人类之子全都是为死而生。
              --------《阙特勤碑》
转自中科院网站:http://www.bjb.cas.cn/kytd/kjdt/201502/t20150227_4315739.html


        植物所种康研究组在Cell发表文章,阐明水稻感知冷害的分子机制

  水稻起源于热带和亚热带地区,对低温胁迫非常敏感,尤其是苗期和孕穗期,这限制了其种植的地理位置。人工驯化和选择使粳稻种植延伸到年积温较低的寒区地带。近日,中科院植物研究所种康研究组与中国水稻研究所及其他合作者合作,发现了水稻感受低温的重要QTL基因COLD1及其人工驯化选择的SNP赋予粳稻耐寒性的新机制。

  研究发现,包含粳稻COLD1基因的籼稻近等基因系以及超表达该基因的粳稻材料都显著增强了耐寒性,而功能缺失突变体cold1-1或反义基因株系却对冷非常敏感。该基因编码一个G-蛋白信号调节因子,定位于细胞质膜和内质网。冷处理时,COLD1与G-蛋白α亚基RGA互作,激活Ca2+通道,触发下游耐寒防御反应,而后加速G-蛋白GTP酶活性以平衡G-蛋白动态活性。该实验分析了127个不同水稻品种和野生稻中COLD1基因序列,发现了7个SNP,其中粳稻特异的SNP2影响了COLD1活性而赋予粳稻耐寒性。该成果揭示了通过驯化得到的COLD1等位基因和特异SNP赋予水稻耐寒性的新机制。COLD1模块可直接用于对超级杂交稻亲本93-11和其它籼粳稻的耐寒性改良,对基于分子设计培育水稻耐寒新品种具有重要的应用前景。

  研究成果于2月26日在线发表于Cell期刊 (DOI:10.1016/j.cell.2015.01.046)。种康研究组马云博士后、戴晓燕博士、徐云远研究员和罗伟博士生为该文的共同第一作者。本研究得到了国家“973”项目、NSFC项目和中科院分子模块设计育种先导科技专项的资助。

水稻人工驯化选择COLD1基因感知低温机制




水稻人工驯化选择COLD1基因感知低温机制

  在人工驯化选择栽培稻的耐寒过程中获得了来自于中国野生稻的SNP2位点,该位点决定了粳稻和籼稻对低温感知的灵敏性差别,并影响COLD1对G蛋白α-亚基的GTP酶活性的调节。
人类之子全都是为死而生。
              --------《阙特勤碑》
华北缺水,即使解决水稻不耐冷的问题也没太大用途
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