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文章題目：Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation

期刊：Cell

發(fā)表時(shí)間：2025年5月22日

主要內容：中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)院士團隊在 Cell 雜志發(fā)表題為 Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation 的研究論文。該研究以水稻北移種植過(guò)程中的耐冷適應性為模型，揭示了低溫誘導 DNA 甲基化變異介導了耐冷適應性狀獲得及穩定遺傳的分子機制。首次為拉馬克獲得性遺傳理論提供了直接證據，并為作物抗逆改良開(kāi)辟了新途徑。

原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00506-9

使用TransGen產(chǎn)品：

pEASY^?-Blunt Cloning Kit (CB101)

研究背景

物種在多變環(huán)境下的適應性進(jìn)化作為進(jìn)化生物學(xué)研究的核心科學(xué)問(wèn)題，早在達爾文提出自然選擇學(xué)說(shuō)的半個(gè)多世紀之前，法國進(jìn)化論先驅拉馬克就創(chuàng )立了獲得性遺傳理論，該理論認為生物體能主動(dòng)適應環(huán)境變化并將有利性狀遺傳給后代，但因缺乏分子遺傳學(xué)證據長(cháng)期備受爭議。以起源于熱帶亞熱帶地區的水稻為例，其向高緯度擴展種植時(shí)面臨低溫適應性挑戰，常出現結實(shí)率驟降等問(wèn)題。傳統觀(guān)點(diǎn)認為，這一適應過(guò)程是通過(guò)長(cháng)期的人工馴化逐步實(shí)現的，主要涉及關(guān)鍵功能基因蛋白質(zhì)序列的漸進(jìn)性改變。盡管表觀(guān)遺傳調控等分子機制也參與水稻的短期低溫響應，但尚無(wú)證據表明其直接參與了水稻的長(cháng)期低溫環(huán)境適應。

文章概述

為了模擬水稻北移的演化過(guò)程，研究團隊通過(guò)在水稻減數分裂期施加多代連續冷脅迫篩選，成功培育出耐冷性顯著(zhù)增強且性狀穩定的株系。該獲得性性狀呈顯性遺傳，并能在常溫下穩定遺傳至少五代。多組學(xué)分析揭示，ACT1 基因啟動(dòng)子區甲基化缺失使其表達不受低溫抑制，且 F2 代群體分析顯示 ACT1 甲基化水平與耐冷性高度相關(guān)。通過(guò)靶向編輯該位點(diǎn)甲基化狀態(tài)，成功實(shí)現了耐冷性的定向調控，確證了表觀(guān)遺傳突變的因果性。研究發(fā)現，低溫通過(guò)抑制 DNA 甲基轉移酶 MET1b 表達，導致 ACT1 啟動(dòng)子區甲基化維持受阻，形成低甲基化表觀(guān)等位型。進(jìn)一步研究發(fā)現，ACT1 啟動(dòng)子的甲基化變異區域存在轉錄因子 Dof1 的結合位點(diǎn)，其結合對 DNA 甲基化敏感。Dof1 為一個(gè)受冷誘導表達的激活型轉錄因子，敲除后顯著(zhù)降低孕穗期的耐冷能力。這些發(fā)現揭示了完整的冷適應調控通路：低溫脅迫下調甲基轉移酶 MET1b 的表達，引發(fā) ACT1 啟動(dòng)子 DNA 甲基化丟失，促進(jìn) Dof1 的結合，從而激活 ACT1 表達，賦予水稻耐冷性。自然變異分析發(fā)現 ACT1 基因序列保守但甲基化呈現多態(tài)性，且與耐冷性顯著(zhù)相關(guān)。對中國三大稻區 131 份農家種的分析顯示，低緯度的華南、華中稻區 88% 以上品種攜帶高甲基化 ACT1，而高緯度的東北稻區則顯著(zhù)富集低甲基化 ACT1。這種"南高北低"的甲基化梯度分布表明，ACT1 表觀(guān)變異可能是水稻北遷冷適應的關(guān)鍵馴化位點(diǎn)。

ACT1 位點(diǎn)甲基化變異促進(jìn)水稻向高緯度地區擴張

該研究發(fā)現了冷脅迫可誘發(fā)水稻產(chǎn)生穩定遺傳的 DNA 甲基化變異，促進(jìn)其適應高緯度區域的低溫氣候，揭示了物種通過(guò)表觀(guān)遺傳變異快速適應環(huán)境變化的分子基礎，為拉馬克獲得性遺傳理論提供了分子層面上的直接證據。正如一位審稿人對該工作的評述："超越了傳統達爾文進(jìn)化理論框架，為理解適應性進(jìn)化提供了新范式"。同時(shí)，該研究闡明了表觀(guān)自然變異對作物耐逆適應性的關(guān)鍵調控作用，創(chuàng )建了"逆境馴化-表型篩選-變異鑒定-精準編輯"的作物定向抗逆育種新思路，為應對氣候變化下的農業(yè)挑戰提供了創(chuàng )新解決方案。

全式金生物產(chǎn)品支撐

優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金生物的 pEASY^?-Blunt Cloning Kit (CB101) 助力本研究。產(chǎn)品自上市以來(lái)，深受客戶(hù)青睞，多次榮登知名期刊，助力科學(xué)研究。

pEASY^?-Blunt Cloning Kit (CB101)

本產(chǎn)品包含 Lacz 基因，在含有 IPTG 和 X-gal 的平板培養基上，可進(jìn)行藍白斑篩選，適用于平端克隆。因其克隆效率高，產(chǎn)品性能穩定的特點(diǎn)多次榮登知名期刊。

產(chǎn)品特點(diǎn)

? 快速：僅需 5 分鐘。

? 簡(jiǎn)單：加入片段即可。

? 高效：陽(yáng)性率高。

? 提供氨芐青霉素和卡那霉素兩種篩選標記。

? T7 Promoter 用于體外轉錄。

? Trans1-T1 感受態(tài)細胞轉化效率高，生長(cháng)速度快，確?？寺?，節約篩選時(shí)間。

全式金生物的產(chǎn)品再度亮相 Cell 期刊，不僅是對全式金生物產(chǎn)品卓越品質(zhì)與雄厚實(shí)力的有力見(jiàn)證，更是生動(dòng)展現了全式金生物長(cháng)期秉持的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”核心理念。一直以來(lái)，全式金生物憑借對品質(zhì)的執著(zhù)追求和對創(chuàng )新的不懈探索，其產(chǎn)品已成為眾多科研工作者信賴(lài)的得力助手。展望未來(lái)，我們將持續推出更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，期望攜手更多科研領(lǐng)域的杰出人才，共同攀登科學(xué)高峰，書(shū)寫(xiě)科研創(chuàng )新的輝煌篇章。

使用 pEASY^?-Blunt Cloning Kit (CB101)  產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：

? Song X W, Tang S J, Liu H, et al. Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)

? Liu J, Lu J, Zhang C, et al. Tandem intermolecular [4+ 2] cycloadditions are catalysed by glycosylated enzymes for natural product biosynthesis[J]. Nature Chemistry, 2023.(IF 21.80)

? Li Q, Lu J, Yin X, et al. Base editing-mediated one-step inactivation of the Dnmt gene family reveals critical roles of DNA methylation during mouse gastrulation[J]. Nature Communications, 2023.(IF 17.69)

? Wen R, Wang S, Wang K, et al. Complete gene sequence and mechanical property of the fourth type of major ampullate silk protein[J]. Acta Biomaterialia, 2023.(IF 10.63)

? Zheng Z, Wang B, Zhuo C, et al. Local auxin biosynthesis regulates brace root angle and lodging resistance in maize[J]. New Phytologist, 2023.(IF 10.32)

? Li J, Yuan J, Li Y, et al. The CDC48 complex mediates ubiquitin-dependent degradation of intra-chloroplast proteins in plants[J]. Cell Reports, 2022.(IF 9.4)

? He M, Su J, Xu Y, et al. Discovery of broad-spectrum fungicides that block septin-dependent infection processes of pathogenic fungi[J]. Nature Microbiology, 2020.(IF 15.54)