水稻作为起源于热带或亚热带的粮食作物，其生长发育对低温胁迫敏感。伴随全球气候变化加剧，极端低温事件发生频率显著上升，发掘耐冷基因并解析分子机制，有利于水稻高产稳产遗传改良。
水稻。资料图 王昊昊 摄
目前，利用自然群体挖掘的水稻耐冷基因资源有限。中国科学院亚热带农业生态研究所联合多家单位的研究团队，基于正向遗传学方法在温带粳稻中克隆到一个同时调控水稻苗期与孕穗期的耐冷基因QTL-HAN2，HAN2编码了一个生长素外排转运蛋白（OsABCB5），通过生长素介导的“OsARF24-OsMAP1/OsMPK3”信号通路负调控水稻耐冷性。
研究发现，水稻驯化过程中，HAN2在籼稻和温带粳稻中出现分化。在温带粳稻中，HAN2等位基因在其下游获得一个Copia型逆转座子的插入，通过表观遗传学修饰降低基因表达，从而增强耐冷性，适应温带环境。温带粳稻HAN2等位基因向籼稻品种中导入可以增强水稻苗期与孕穗期耐冷性，因此该基因具有高产稳产育种价值。
通俗地说，水稻怕冷，尤其在小苗和快抽穗时。该联合团队在一个常见的水稻品种里找到一个关键基因HAN2，该基因同时管着水稻幼苗期和孕穗期的耐冷能力。HAN2基因生产一种特殊的“搬运工蛋白”（OsABCB5），它的工作是把一种叫“生长素”的植物激素运出细胞外。这个搬运工蛋白通过影响生长素的运输，最终激活了一条降低水稻耐冷能力的信号链。这意味着，HAN2基因越活跃，水稻就越不耐冷。
据介绍，该研究深化了温带粳稻向北扩张的适应性驯化机制的理解，为气候韧性水稻育种提供了新的理论依据与基因资源。未来有望利用该基因培育新品种，让水稻在低温下也能稳产高产。
上述成果近日发表于Nature Communications，亚热带生态所研究员毛东海为通讯作者，该所助理研究员崔延春、黄丽芳、刘朋及硕士毕业生王晓东为共同第一作者。研究获得了亚热带生态所研究员陈彩艳、崖州湾国家实验室教授邢永忠、南京农业大学教授张文利、湖南杂交水稻研究中心教授唐文帮等专家指导，并获国家自然科学基金、湖南省科技重大专项等项目资助。
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59449-z
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