研究發現水稻低溫適應性的「分子開關」

植物協調應對逆境脅迫的防禦反應和器官發育的環境塑造，是植物在長期的進化過程中適應多變環境的基本條件。因此，植物適應環境的分子機制是植物科學最重要的科學問題之一，也是作物分子設計的理論基礎。但當前研究對逆境下植物調節生長發育與防禦反應間動態平衡的分子機制的認識並不清晰。

近日，中國科學院植物研究所種康團隊發現，水稻MADS-box轉錄因子家族OsMADS57協同其互作蛋白OsTB1，能夠調控水稻的低溫耐受性，具有平衡器官發生和防禦反應的分子開關特性。研究發現，OsMADS57和OsTB1對低溫防禦反應的調控依賴於二者的共同靶基因OsWRKY94。常溫下OsMADS57與OsTB1蛋白互作，抑制獨腳金內酯受體基因D14的轉錄，促進水稻側芽的分化及分櫱的形成；而在低溫下，OsMADS57與OsTB1通過直接激活OsWRKY94的轉錄，啟動防禦反應。OsMADS57作為調控水稻側芽發育和低溫耐受性的分子開關，平衡水稻的生長發育和脅迫響應的分子調控網路，控制植物對低溫環境的適應性。該研究有助於加深對植物如何調節生長發育以適應多變外界環境的認識，在水稻品種改良和分子設計育種方面具有重要理論意義。

相關研究成果發表在New Phytologist上，博士陳麗萍為論文第一作者，中科院院士種康為通訊作者。該研究得到了科技部、中科院戰略性先導科技專項和中澳雙邊「CAS-CSIRO」項目的資助。

圖1.OsMADS57調控水稻耐寒性。(a)，正常及低溫下野生型DJ及osmads57-1和osmads57-2功能獲得型和功能缺失突變體表型；(b)，野生型DJ及osmads57突變體中OsMADS57的表達水平；(c)，低溫處理後的存活率；(d)，低溫處理並恢復生長後側芽的發育；(e)，表面等離子共振檢測正常及低溫下OsTB1對OsMADS57結合OsWRKY94的影響；(f)，表面等離子共振檢測正常及低溫下OsMADS57對OsWRKY94和D14的結合。

圖2.OsMADS57作為分子開關調控防禦與發育機制。常溫下轉錄因子OsMADS57與OsTB1蛋白互作抑制獨腳金內酯受體基因D14的轉錄，促進水稻側芽的分化及分櫱的形成；在低溫下，OsWRKY94被激活，增強水稻耐寒性。

來源：中國科學院植物研究所

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