水稻 (Oryza sativa L.) 是世界最主要的粮食作物之一，全球种植面积约1.6亿公顷，养活了世界约35亿人口。缘于水稻起源于亚热带地区，因此对低温非常敏感。世界上约1500万公顷的稻区(包括24个国家，如中国、日本和朝鲜等)遭遇过严重的冷害问题。近年来，极端气候频繁，倒春寒和寒露风等低温灾害逐年增加，每年我国因此造成的粮食损失高达3~5亿吨，严重影响粮食供给。

刘次桃博士前期研究结果（Nature Communications, 2018, 9(1): 3302）表明，bZIP73基因在粳稻与籼稻间仅有一个SNP差别(粳稻G511，籼稻A511)，相应地造成籼粳间一个氨基酸的差异。逆境诱导表达谱实验表明，bZIP73^Jap受低温和脱落酸(ABA)诱导表达上调，说明bZIP73参与ABA依赖的低温信号途径。转基因及近等基因系实验证明，bZIP73中的SNP差别改变了籼粳亚群间对低温的敏感性。

刘次桃博士最新工作进一步显示，bZIP73^Jap的对低温耐受性的调控作用同样发生孕穗期，并揭示了其调控的分子机制。bZIP73^Jap 在低温情况下表达上调，尤其是在花粉发育双核期的穗中表达。进一步研究发现，bZIP73^Jap与bZIP71形成异源二聚体，在自然冷胁迫条件下，bZIP73^Jap和bZIP71共表达转基因株系显著提高了结实率和籽粒产量。bZIP73^Jap:bZIP71不仅抑制了花药中的ABA水平，而且促进了可溶性糖从花药到花粉的运输，提高了结实率和产量。更有意思的是，bZIP73^Jap:bZIP71还调控了qLTG3-1^Nip的表达，qLTG3-1^Nip的表达株系大大提高了水稻在生殖期对寒冷胁迫的耐受性。因此，该研究团队通过bZIP71-ZIP73^Jap-qLTG3-1^Nip-糖转运和分配途径建立了水稻抗冷应激的框架，结合前期的研究工作将为提高水稻幼苗和孕穗期耐低温胁迫能力提供了有用的工具。

图 bZIP73调控水稻孕穗期耐低温的分子机制

2019年2月28日Plant Biotechnology Journal在线发表了刘次桃博士题为“The bZIP73 transcription factor controls rice cold tolerance at the reproductive stage”的研究论文。该项研究获得国家自然科学基金项目资助。

推荐阅读：

Liu C, Mao B, Ou S, Liu L, Wang W, Chu C, Wang X (2014) OsbZIP71, a bZIP transcription factor, confers salinity and drought tolerance in rice. Plant Molecular Biology, 84(1-2): 19-36. 

刘次桃，王威，毛毕刚，储成才(2018) 水稻耐低温逆境研究：分子生理机制及育种展望.遗传, 40(3): 171-185.

Liu C, Ou S, Mao B, Tang J, Wang W, Wang H, Cao S, Schlappi M, Zhao B, Xiao G, Wang X and Chu C (2018) Early selection of bZIP73 facilitated adaptation of japonica rice to cold climates. Nature Communications. 9(1): 3302.

Liu C, Schlappi M, Mao B, Wang W, Wang A, Chu C (2019) The bZIP73 transcription factor controls rice cold tolerance at the reproductive stage. Plant Biotechnology Journal doi: 10.1111/pbi.13037.