曹晓风院士团队发表最新 Cell

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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。

综上所述，这项研究系统阐明了冷胁迫诱导的 DNA 甲基化变异在水稻适应高纬度低温环境中的关键作用，揭示了表观遗传调控在物种快速环境适应中的分子机制。为拉马克获得性遗传理论提供了分子层面上的直接证据。正如审稿专家所评价的：「 该研究超越了传统达尔文进化理论框架，为理解适应性进化提供了新范式 」。同时，该研究还创建了「逆境驯化-表观变异鉴定-精准编辑」的作物定向抗逆育种新思路，将为应对全球气候变化下的农业生产挑战提供创新性解决方案。

黑龙江省农业科学院耕作与栽培研究所的孟英研究员、姜树坤研究员和王立志副研究员，西北工业大学王宝博士也参与了该项研究。该研究得到了农业农村部重大专项、国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项、云南省基础研究重大项目、云南省兴滇英才青年人才专项等项目的资助。

来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所

文章链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00506-9?_returnURL = https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867425005069%3Fshowall%3Dtrue

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