近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所儲成才團隊題為“The bZIP73 transcription factor controls rice cold tolerance at the reproductive stage”的研究論文，進一步揭示了bZIP73轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控水稻耐低溫的機制。

水稻(Oryza sativa L.)是最主要的糧食作物之一，全球種植面積約1.6億公頃，養(yǎng)活了世界約35億人口。緣于水稻起源于亞熱帶地區(qū)，因此對低溫非常敏感。世界上約1500萬公頃的稻區(qū)(包括24個國家，如中國、日本和朝鮮等)遭遇過嚴重的冷害問題。近年來，極端氣候頻繁，倒春寒和寒露風等低溫災(zāi)害逐年增加，每年我國因此造成的糧食損失高達3~5億噸，嚴重影響糧食供給。

該團隊前期研究結(jié)果(Nature Communications 9: 3302)表明，bZIP73基因在粳稻與秈稻間僅有一個SNP差別(粳稻G511，秈稻A511)，相應(yīng)地造成秈粳間一個氨基酸的差異(粳稻171E，秈稻171K)。逆境誘導(dǎo)表達譜實驗表明，bZIP73Jap受低溫和植物激素脫落酸誘導(dǎo)表達上調(diào)，說明bZIP73參與ABA依賴的低溫信號途徑。轉(zhuǎn)基因及近等基因系實驗證明，bZIP73中的SNP差別改變了秈粳亞群間對低溫的敏感性。

在該項研究中，作者發(fā)現(xiàn)bZIP73Jap的調(diào)控作用同樣發(fā)生在生殖生長階段. bZIP73Jap 在低溫情況下表達上調(diào)，尤其是在雙核和花期早期的穗中表達。進一步研究表明，bZIP73Jap與bZIP71形成異二聚體，在自然冷脅迫條件下，bZIP73Jap和bZIP71共表達轉(zhuǎn)基因株系顯著提高了結(jié)實率和籽粒產(chǎn)量。bZIP73Jap:bZIP71不僅抑制了花藥中的ABA水平，而且促進了可溶性糖從花藥到花粉的運輸，提高了結(jié)實率和產(chǎn)量。更有意思的是，bZIP73Jap:bZIP71還調(diào)控了qLTG3‐1Nip的表達，qLTG3‐1Nip的表達株系大大提高了水稻在生殖期對寒冷脅迫的耐受性。因此，該研究團隊通過bZIP71‐ZIP73Jap‐qLTG3‐1Nip - sugar運輸途徑建立了水稻抗冷應(yīng)激的框架。結(jié)合前期的研究工作將為提高水稻幼苗和生育期的耐低溫脅迫能力提供了強有力的工具。