万建民院士团队揭示钙通道蛋白调控水稻对低温响应的分子机制

     2020年12月2日，中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队在Molecular Plant上发表了题为“Transcriptional Activation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance in Rice”的研究论文，系统阐释了钙通道蛋白OsCNGC9调控水稻对低温响应和耐受的分子机制。该研究建立了一条从低温信号感知到钙离子通道激活的低温信号转导途径，填补了植物低温信号转导途径中缺失的重要一环，为利用OsCNGC9进行水稻抗逆遗传改良提供了理论依据。

        低温胁迫是影响植物生长、发育和地理分布的重要环境限制因素之一。水稻是世界上最主要的粮食作物之一，起源于热带、亚热带。相对于小麦、大麦等作物，水稻对低温胁迫更加敏感。因此，研究水稻响应低温胁迫的分子机制具有重要的理论意义和生产实践价值。植物在长期的进化过程中，形成了系统的主动应激和适应机制，以缓解和降低低温胁迫造成的伤害。细胞质中钙离子浓度的瞬时上升一直被认为是植物响应低温胁迫的早期核心事件之一，但植物中负责调控这一过程的分子机制仍然未知。

        OsCNGC9是一个环核苷酸门控离子通道蛋白。该团队前期研究发现，OsCNGC9可以通过与类受体激酶OsRLCK185互作正向调控水稻苗期稻瘟病抗性（Cell Research， 2019）。本研究中，该团队发现OsCNGC9突变体（cds1）较野生型对低温胁迫更为敏感。研究表明，OsCNGC9作为一个钙离子通道蛋白，积极调控低温胁迫诱导的胞外钙离子内流、胞内钙离子浓度上升和低温胁迫相关的基因表达。进一步研究发现，一个水稻低温信号转导途径中的关键蛋白激酶OsSAPK8可以与OsCNGC9互作，通过将OsCNGC9磷酸化从而改变它的通道活性。此外，在转录水平上，低温诱导的OsCNGC9表达依赖于水稻低温胁迫相关的转录因子OsDREB1A。转基因实验证实，OsCNGC9或OsSAPK8基因过表达均可以显著提高水稻对低温胁迫的抗性，初步展现了OsCNGC9为中心的信号模块在水稻抗逆遗传改良中的潜在应用价值。

        南京农业大学王家昌博士、中国农业科学院作物科学研究所任玉龙研究员和南京农业大学刘喜副研究员为该论文的共同第一作者，万建民院士为该论文的通讯作者。该研究是万建民院士团队在水稻离子通道方面取得的又一重要进展。前期研究相继发表在《Cell Research（细胞研究）》、《Plant Cell（植物细胞）》和《PLoS Genetics（公共科学图书馆·遗传学）》等杂志上。中国科学院分子植物科学卓越创新中心和清华大学生命科学学院参与了部分研究工作，研究得到了国家重点研发计划、中国农科院科技创新工程和中央公益性科研机构基本科研业务费等项目资助。