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研究团队介绍说，本项研究创新建立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，研究团队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，本项研究成功实现耐冷性的定向调控，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。

研究团队指出，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。

本项研究对来自中国3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。

曹晓风院士总结表示，这项研究系统阐明冷胁迫诱导的DNA甲基化变异在水稻适应高纬度低温环境中的关键作用，并揭示表观遗传调控在物种快速环境适应中的分子机制，从而为拉马克获得性遗传理论提供了分子层面上的直接证据。(完)

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最后更新: 2025-05-25 09:14:07
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