近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)題為“The bZIP73 transcription factor controls rice cold tolerance at the reproductive stage”的研究論文，進(jìn)一步揭示了bZIP73轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控水稻耐低溫的機(jī)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(duì)低溫非常敏感。世界上約1500萬公頃的稻區(qū)(包括24個(gè)國(guó)家，如中國(guó)、日本和朝鮮等)遭遇過嚴(yán)重的冷害問題。近年來，極端氣候頻繁，倒春寒和寒露風(fēng)等低溫災(zāi)害逐年增加，每年我國(guó)因此造成的糧食損失高達(dá)3~5億噸，嚴(yán)重影響糧食供給。

該團(tuán)隊(duì)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(gè)SNP差別(粳稻G511，秈稻A511)，相應(yīng)地造成秈粳間一個(gè)氨基酸的差異(粳稻171E，秈稻171K)。逆境誘導(dǎo)表達(dá)譜實(shí)驗(yàn)表明，bZIP73Jap受低溫和植物激素脫落酸誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)，說明bZIP73參與ABA依賴的低溫信號(hào)途徑。轉(zhuǎn)基因及近等基因系實(shí)驗(yàn)證明，bZIP73中的SNP差別改變了秈粳亞群間對(duì)低溫的敏感性。

在該項(xiàng)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(zhǎng)階段. bZIP73Jap 在低溫情況下表達(dá)上調(diào)，尤其是在雙核和花期早期的穗中表達(dá)。進(jìn)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(dá)轉(zhuǎn)基因株系顯著提高了結(jié)實(shí)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(jìn)了可溶性糖從花藥到花粉的運(yùn)輸，提高了結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量。更有意思的是，bZIP73Jap:bZIP71還調(diào)控了qLTG3‐1Nip的表達(dá)，qLTG3‐1Nip的表達(dá)株系大大提高了水稻在生殖期對(duì)寒冷脅迫的耐受性。因此，該研究團(tuán)隊(duì)通過bZIP71‐ZIP73Jap‐qLTG3‐1Nip - sugar運(yùn)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(qiáng)有力的工具。