广东
近日，中科院遗传发育所曹晓风院士团队在国际顶级杂志《Cell》发表题为Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation的重要研究成果。
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研究团队建立了创新的多代连续冷胁迫筛选体系，针对水稻对低温最敏感的减数分裂期进行冷胁迫处理。经过三代定向选择，成功获得耐寒性显著提升且遗传稳定的水稻株系。该获得性性状呈现显性遗传特征，且能在撤除低温胁迫后的常温条件下至少稳定遗传五代。
通过多组学分析，研究人员发现阿拉伯半乳糖蛋白基因ACT1启动子区的甲基化缺失是关键变异位点。该变异使ACT1表达不再受低温抑制。通过DNA甲基化编辑系统对ACT1启动子甲基化状态进行靶向修饰，成功实现了耐冷性的定向调控，确证了表观遗传变异的因果性。
分子机制研究表明，低温胁迫通过抑制DNA甲基转移酶MET1b的表达，导致ACT1启动子区甲基化维持受阻，形成低甲基化表观等位型。进一步研究发现，ACT1启动子的甲基化变异区域存在转录因子Dof1的结合位点，其结合对DNA甲基化敏感。Dof1为一个受冷诱导表达的激活型转录因子，敲除后显著降低孕穗期的耐冷能力。这些研究揭示了完整的冷适应调控通路：低温胁迫下调甲基转移酶MET1b的表达，引发ACT1启动子DNA甲基化丢失，促进Dof1的结合，从而激活ACT1表达，赋予水稻耐冷性。
自然变异分析发现，ACT1基因序列高度保守，但其DNA甲基化状态呈现多态性，且显著关联水稻的耐冷性。对来自中国三个主要稻区的131份农家种的DNA甲基化分析表明，低纬度热带和亚热带气候的华南和华中稻区88%以上的农家种含高甲基化ACT1，而高纬度冷凉气候的东北稻区则显著富集低甲基化ACT1。这种“南高北低”的DNA甲基化梯度分布，暗示ACT1表观变异为水稻北迁冷适应中关键驯化位点。
中科院遗传发育所曹晓风院士和宋显伟研究员为该论文通讯作者，宋显伟研究员、博士后唐善杰和中科院昆明植物所刘晖副研究员为论文共同第一作者。
多代冷胁迫诱导ACT1启动子区DNA去甲基化赋予水稻高纬度耐冷适应性
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