水稻是重要的糧食作物，對冷脅迫敏感。苗期遇到低溫天氣，稻苗會發生生長遲緩、黃化甚至死苗，引起水稻減產。提高水稻苗期耐冷能力，對于減少水稻苗期冷害損失、推廣水稻直播種植具有重要意義。水稻耐低溫脅迫是復雜的數量性狀，受多基因調控，目前已克隆且有功能鑒定的苗期耐冷基因有限。因此，挖掘新的水稻耐冷調控基因并解析其耐冷機理，將為水稻耐冷育種提供幫助。 　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風團隊在水稻耐冷基因鑒定和耐冷機理研究中取得了新進展。該團隊此前鑒定到一個水稻苗期低溫敏感白化突變體ospus1。OsPUS1編碼一個定位于葉綠體的假尿苷合成酶，其突變影響葉綠體核糖體生物合成，導致低溫下體內超氧根陰離子（Superoxide, O2?-）的累積和葉片白化。該研究通過EMS化學誘變篩選得到一個ospus1抑制子，其編碼一個定位于線粒體的PPR（pentatricopeptide repeat protein）蛋白。該PPR蛋白突變造成線粒體基因nad4、nad5轉錄本的內含子剪切異常，同時，降低nad2、nad6和rps4轉錄本的RNA編輯效率，導致線粒體復合體I活性降低。線粒體電子傳遞鏈復合體I是細胞產生O2?-的主要部位，其活性降低使得O2?-的產生減少，并恢復了葉綠體突變引起的低溫白化表型。過表達不同細胞器定位的超氧化物歧化酶（SOD）不同程度的恢復了ospus1突變體中O2?-的累積及突變體低溫白化表型，其中線粒體定位的Mn-SOD恢復得最好。這表明線粒體產生的O2?-的累積是引起ospus1低溫白化的原因，在水稻冷響應過程中發揮重要作用。進一步，研究在不同早秈稻中敲除該線粒體PPR蛋白編碼基因，降低了冷脅迫條件下O2?-的累積，從而增加了耐冷性。 　　該成果證明了線粒體產生的O2?-在冷響應過程中的調控作用，并鑒定到一個線粒體O2?-的調控因子，為水稻耐冷育種提供了遺傳資源。該研究通過創制低溫敏感葉色突變體ospus1的抑制子，獲得了一個耐冷基因，表明利用水稻低溫敏感葉色突變體篩選不同抑制子，可作為挖掘不同程度耐冷基因的新思路。此外，該研究中的一個線粒體蛋白的突變能夠恢復由葉綠體突變引起的低溫白化表型，暗示葉綠體和線粒體之間的交流可能通過調控線粒體的O2?-從而在水稻冷響應過程中發揮功能。 10月25日，相關研究成果以A mitochondrial pentatricopeptide repeat protein enhances cold tolerance by modulating mitochondrial superoxide in rice為題，在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導專項、國家自然科學基金、國家重點研發計劃和植物基因組學國家重點實驗室的支持。