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种康研究组发现水稻低温适应性的“分子开关”

图1 OsMADS57调控水稻耐寒性
(a) 正常及低温下野生型DJ及osmads57-1osmads57-2功能获得型和功能缺失突变体表型;(b) 野生型DJ及osmads57突变体中OsMADS57的表达水平;(c) 低温处理后的存活率;(d)低温处理并恢复生长后侧芽的发育;(e) 表面等离子共振检测正常及低温下OsTB1对OsMADS57结合OsWRKY94的影响;(f) 表面等离子共振检测正常及低温下OsMADS57对OsWRKY94D14的结合。

        在长期的进化适应过程中,植物协调应对逆境胁迫的防御反应和器官发育的环境塑造,是适应多变环境的基本条件。植物适应环境的分子机制是植物科学最重要的科学问题之一,也是作物分子设计的理论基础。然而,目前人们对逆境下植物调节生长发育与防御反应间动态平衡的分子机制仍知之甚少。
        中国科学院植物研究所种康院士团队发现,水稻MADS-box转录因子家族OsMADS57协同其互作蛋白OsTB1,调控水稻的低温耐受性,具有平衡器官发生和防御反应的分子开关特性。研究发现OsMADS57和OsTB1对低温防御反应的调控依赖于其共同靶基因OsWRKY94。常温下OsMADS57与OsTB1蛋白互作抑制独脚金内酯受体基因D14的转录,促进水稻侧芽的分化及分蘖的形成;而在低温下,OsMADS57与OsTB1通过直接激活OsWRKY94 的转录,启动防御反应。OsMADS57作为调控水稻侧芽发育和低温耐受性的分子开关,平衡水稻的生长发育和胁迫响应的分子调控网络,控制植物对低温环境的适应性。该研究将加深人们对植物如何调节生长发育以适应多变外界环境的认识,并对水稻品种改良和分子设计育种具有重要理论意义。
         该研究成果近期在线发表于国际学术期刊New Phytologist上。种康研究组的毕业博士生陈丽萍为该论文的第一作者,种康研究员为通讯作者。该研究得到了国家科技部、中科院A类战略先导专项和中澳双边“CAS-CSIRO”项目的资助。

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