Plant Physiol | 中科院遗传发育所曹晓风团队揭示脂质代谢调控水稻孕穗期耐低温的作用机制

水稻起源于热带、亚热带地区，对低温敏感。我国多数稻作区均有低温冷害发生。尤其是发生在孕穗期的障碍型冷害是我国东北水稻生产的重要限制因子，因其发生于水稻生长后期，一旦发生即无法补救，严重影响水稻产量和品质。深入了解水稻孕穗期耐低温胁迫的分子机制，进而通过分子设计，打破连锁累赘，促进耐冷、高产、优质性状快速聚合，高效培育耐低温水稻品种是从根本上防范障碍型冷害的重要途径。但受限于表型精准鉴定的制约，目前水稻孕穗期耐低温机制研究进展缓慢，严重制约优良品种培育。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风团队在Plant Physiology上发表了题为“Acyl carrier protein OsMTACP2 confers rice cold tolerance at the booting stage”的研究论文，揭示了水稻酰基载体蛋白OsMTACP2通过参与脂质代谢促进低温下花药和花粉粒的发育，进而参与水稻孕穗期低温响应的作用机制。

该研究利用与黑龙江省农业科学院耕作栽培所合作建立的水稻孕穗期耐冷评估体系，对鉴定获得的耐冷水稻品种龙稻5进行诱变筛选，克隆到了一个水稻孕穗期耐低温的关键基因OsMTACP2。CRISPR/Cas9敲除和功能互补实验证明该基因参与水稻耐低温胁迫反应。OsMTACP2编码一个高度保守的、线粒体定位的酰基载体蛋白，主要在水稻花药绒毡层和花粉粒中表达。细胞学分析表明OsMTACP2促进低温下水稻花药角质层形成和花粉壁的发育。转录组结合脂质组数据分析表明OsMTACP2通过调控脂质代谢，尤其是蜡质合成，维持低温下花药和花粉粒的正常发育（图1）。自然变异分析发现OsMTACP2启动子在粳稻和籼稻中有两个主要的单倍型，可能贡献了籼稻、粳稻耐冷性的分化。该研究揭示了脂质代谢在水稻响应低温胁迫过程中的重要作用，为低温冷害的防范及耐冷品种培育提供了理论指导。

图1. OsMTACP2发挥功能的模式图

中国科学院遗传与发育生物学研究所助理研究员侯秀丽为论文第一作者，曹晓风研究员和宋显伟青年研究员为共同通讯作者。黑龙江省农科院耕作栽培所孟英研究员、王立志副研究员，中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究员，北京大学秦咏梅教授等参与了该研究。该研究得到了科技创新2030－重大项目、中国科学院战略性先导专项和国家自然科学基金委的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae118