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農(nóng)科院萬建民院士團隊揭示鈣通道蛋白調(diào)控水稻對低溫響應(yīng)分子機制
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士團隊系統(tǒng)闡釋了鈣通道蛋白OsCNGC9調(diào)控水稻對低溫響應(yīng)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(zhuǎn)導(dǎo)途徑，填補了植物低溫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中缺失的重要一環(huán)，為利用OsCNGC9 進行水稻抗逆遺傳改良提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《分子植物（Molecular Plant）》。
據(jù)萬建民院士介紹，低溫脅迫是影響植物生長、發(fā)育和地理分布的重要環(huán)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(yīng)低溫脅迫的分子機制具有重要的理論意義和生產(chǎn)實踐價值。植物在長期的進化過程中，形成了系統(tǒng)的主動應(yīng)激和適應(yīng)機制，以緩解和降低低溫脅迫造成的傷害。細胞質(zhì)中鈣離子濃度的瞬時上升一直被認為是植物響應(yīng)低溫脅迫的早期核心事件之一，但植物中負責(zé)調(diào)控這一過程的分子機制仍然未知。
該團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，OsCNGC9可以通過與類受體激酶互作正向調(diào)控水稻苗期稻瘟病抗性。在本研究中，該團隊發(fā)現(xiàn)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(diào)控低溫脅迫誘導(dǎo)的胞外鈣離子內(nèi)流、胞內(nèi)鈣離子濃度上升和低溫脅迫相關(guān)的基因表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一個水稻低溫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的關(guān)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(zhuǎn)錄水平上，低溫誘導(dǎo)的OsCNGC9 表達依賴于水稻低溫脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)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(xiàn)了OsCNGC9為中心的信號模塊在水稻抗逆遺傳改良中的潛在應(yīng)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(fā)表在《細胞研究（Cell Research）》《植物細胞（Plant Cell）》和《公共科學(xué)圖書館·遺傳學(xué)（PLoS Genetics）》等雜志上。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院參與了部分研究工作，該研究得到國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和中央公益性科研機構(gòu)基本科研業(yè)務(wù)費等項目資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
OsCNGC9調(diào)控水稻對低溫響應(yīng)的模式圖
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