中國網/中國發展門戶網訊 水稻最初起源於我國南方亞熱帶地區，亞洲栽培稻有秈稻和粳稻兩個亞種，秈稻具有耐熱的特性，主要分佈在我國南方和南亞及東南亞熱帶和亞熱帶地區，而粳稻經過近萬年的人工馴化和選擇，具備耐低溫的特性，種植地逐漸北移，主要分佈在我國北方和東北亞溫帶地區。起源於南方熱帶或亞熱帶地區的水稻是如何適應北方相對低溫的氣候條件的呢？
中國科學院遺傳與發育生物學研究所儲成才研究組通過對美國農業部（USDA）收集的202份代表世界不同水稻種植區的水稻微核心種質資源群體進行低溫耐受性鑒定，並與低溫耐受性相關的bZIP轉錄因子進行關聯分析，結合群體遺傳學和進化生物學方法對相關位點進行秈粳分化和進化選擇分析，發現了一個與粳稻苗期低溫耐受性關聯又在進化中受到強烈選擇的耐低溫基因——bZIP73，並闡明瞭耐低溫的分子機理及其進化歷程。該研究成果于2018年8月17日發表在《Nature Communications》雜誌上。
研究發現，在秈稻和粳稻的原始祖先野生稻群體中bZIP73基因蛋白質編碼區只有1個核苷酸差別，實驗證明，含有秈稻型bZIP73基因水稻對低溫敏感，而含有粳稻型bZIP73基因水稻對低溫具有耐受性，證明就是這一個核苷酸的差異決定了秈粳稻的分化及低溫耐受性差異。遺傳及生物化學研究都表明，粳稻型bZIP73基因通過與另一個bZIP蛋白bZIP71互作來調節水稻體內植物激素脫落酸（ABA）和活性氧（ROS）水準，從而提高水稻對低溫的耐受性。進一步對水稻祖先種——野生稻群體基因組序列分析發現，bZIP73基因可能早在水稻祖先野生稻中就受到了選擇。非常有意思的是，結合野生稻分佈區以及1960-1990年30年間平均地表溫度數據分析發現，在印度、孟加拉國和中南半島以西地表溫度較高的地帶，野生稻中同時存在粳稻型和秈稻型bZIP73，而相對地表溫度較低的中國南方野生稻分佈區中的野生稻僅存在粳稻型bZIP73，也就是説，只有含粳稻型bZIP73的野生稻能夠在較低地表溫度地區越冬生長，這一發現表明，粳稻型bZIP73與水稻的北移具有明顯的相關性。這項研究成果對南方秈稻品種低溫耐受性改良以及水稻種植區北移具有重要意義。
低溫嚴重影響水稻的地理分佈、生長髮育及産量。近年來，極端氣候頻繁增多，倒春寒、寒露風等低溫災害逐年增加。每年我國因低溫造成的糧食損失高達3-5億噸，嚴重影響著糧食供給。這一研究成果不僅揭示了粳稻馴化過程中適應低溫環境的分子機制，對於培育適應高緯度高海拔地區水稻品種具有重要指導意義。
OsbZIP73的逐步選擇模式以及OsbZIP73Jap耐低溫的分子機制