温度是影响植物生长发育的关键因素。作为喜温作物，水稻在苗期生长阶段尤其易受冷胁迫影响。低温胁迫会导致细胞膜稳定性（包括流动性、结构和完整性）变化，这是触发后续低温胁迫响应的主要变化。细胞膜由磷脂分子构成基本骨架，是一种对温度高度敏感的大分子结构，其流动性会随温度变化而改变。低温胁迫会导致细胞膜从柔软的液晶相转变为刚性的凝胶相，流动性显著降低。在持续低温条件下，低流动性的细胞膜容易破裂，造成膜通透性增加，从而引发必需电解质和细胞物质泄漏。这种内外离子平衡的紊乱最终会导致细胞损伤甚至死亡。
近日，实验室李仕贵/钦鹏课题组在The Crop Journal在线发表了题为“qLTS5/OsALA4 encodes a P4-ATPase that positively regulates cold tolerance in rice seedlings”的研究论文。作者利用低温敏感籼稻品种9311为受体，耐低温粳稻品种日本晴为供体构建一套染色体片段代换系群体，从中鉴定到一个新的水稻苗期耐低温调控位点qLTS5，并成功克隆了水稻中编码磷脂翻转酶的OsALA4。进一步研究表明，OsALA4属于磷脂翻转酶家族，其通过调节正常温度和低温下的细胞膜流动性从而调节细胞内环境稳态平衡参与水稻苗期耐低温过程。
研究者发现，CSSL-K2832-2与受体亲本9311相比，苗期耐低温能力显著提高。进一步遗传分析发现，在水稻5号染色体存在一个位点影响苗期耐低温能力，命名为qLTS5（图1）。对该位点进行候选基因分析，发现定位区间存在一个编码P4-ATPase的基因OsALA4，该基因在片段代换系中的表达量与受低温诱导情况显著高于9311。OsALA4敲除株系对低温敏感，过表达能显著增强苗期耐低温能力，表明OsALA4正调控水稻苗期耐低温能力（图2）。进一步生理生化分析显示，OsALA4敲除突变体中细胞膜流动性在低温下的调节能力受到显著抑制，同时细胞膜稳态受到影响，最终导致细胞死亡。
图1 9311与CSSL-K2832-2表型比较
图2 OsALA4敲除与过表达表型分析
作者和基金项目
四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室已毕业博士研究生胥磊和中国科学技术大学博士后樊世军、四川农业大学水稻研究所在读博士研究生黄开来为该文共同第一作者，四川农业大学钦鹏教授和王玉平教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32121003, 32325038）、四川省重点研发计划项目（2021YFYZ0016）及西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室生物育种专项（SKL-ZD202207）资助。该研究工作得到四川农业大学高性能计算平台的支持。
