nmt作為生命科學(xué)底層核心技術(shù)，是建立活體創(chuàng)新科研平臺(tái)的*技術(shù)。2005年~2020年，nmt已扎根中國15年。2020年，中國nmt銷往瑞士蘇黎世大學(xué)，正式打開歐洲市場。
基本信息
主題：無損“電生理”鈣流為揭示水稻感知寒害的分子機(jī)制提供直接證據(jù)
期刊：cell
影響因子：38.637
研究使用平臺(tái)：nmt溫度脅迫創(chuàng)新科研平臺(tái)
標(biāo)題：cold1 confers chilling tolerance in rice
作者：中科院植物所種康、馬云
檢測(cè)離子/分子指標(biāo)
ca2+
檢測(cè)樣品
3日齡水稻根
摘要
水稻對(duì)低溫敏感，所以只能在某些氣候帶種植。人類對(duì)粳稻（japonica rice）的選擇已將其生長區(qū)域擴(kuò)展到溫度較低的地區(qū)，而這種適應(yīng)性的分子機(jī)制仍然未知。本研究鑒定了讓粳稻具備耐寒性的定量性狀位點(diǎn)cold1。過表達(dá)cold1jap顯著增強(qiáng)了植物的耐寒性，而cold1jap缺失或下調(diào)的水稻株系對(duì)低溫敏感。cold1編碼一個(gè)定位在質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（er）上的g-蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)器。它與g蛋白α亞基相互作用，激活感知低溫的ca2+通道，加速g蛋白gtpase的活性。研究進(jìn)一步確定cold1中的一個(gè)snp2來源于中國野生稻（oryza rufipogon），是coldjap/ind具備耐寒能力的原因。
離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法
0℃實(shí)時(shí)處理
離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用nmt技術(shù)對(duì)水稻根系進(jìn)行了冷激/冷休克（cold shock）下ca2+流速的研究。在低溫刺激下，野生型dongjin水稻根中有大量細(xì)胞外ca2+內(nèi)流，并出現(xiàn)負(fù)峰（圖1a）。相比之下，cold1-1在相同條件下，nmt信號(hào)無明顯變化。與野生型zh10水稻相比，cold1jap轉(zhuǎn)基因株系在低溫處理下ca2+內(nèi)流更顯著，但cold1ind轉(zhuǎn)基因株系則不太明顯（圖1b）。與indica 93-11相比，nipponbare的反應(yīng)更強(qiáng)烈（圖1c）。此外，rga1突變體d1比野生型shiokari的ca2+內(nèi)流速率更低。cold1-1或轉(zhuǎn)基因株系與野生型之間在冷激后的平均大內(nèi)流速率有顯著差異（圖1d）。
圖1. 在不同遺傳背景的根系中，低溫脅迫會(huì)使細(xì)胞外ca2+內(nèi)流
其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果
對(duì)低溫耐受型nipponbare（粳稻）與低溫敏感型93-11（秈稻）品種雜交產(chǎn)生的重組自交系（rils）進(jìn)行qtl分析。利用151個(gè)rils，檢測(cè)到5個(gè)qtl，分別位于第1、2、4、8染色體上。cold1位點(diǎn)與其他耐冷qtl的互作性遠(yuǎn)低于其他位點(diǎn)。
為了評(píng)價(jià)nipponbare（nip)位點(diǎn)cold1nip是否有助于耐寒性，研究在93-11遺傳背景下產(chǎn)生了3個(gè)含有cold1nip位點(diǎn)的近等基因系（nils）。cold1nip/nip純合株系nil4-1和nil4-6的耐寒性顯著高于93-11。
所有粳稻品種和2個(gè)野生稻品種的耐寒性均強(qiáng)于所有秈稻品種。所有具有耐寒性的品種（20個(gè)粳稻栽培品種和2個(gè)野生稻品種）都與缺乏低溫耐受性的秈稻栽培品種存在第四外顯子（snp2）的snp差異。
snp2引起編碼氨基酸的改變，是粳稻具有耐寒性的原因。
cold1功能性snp2上的位點(diǎn)a與栽培稻的耐寒性發(fā)育有關(guān)，可能是在粳稻馴化過程中篩選到的保存在中國稻群中的古老等位基因。
cold1主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜上。
在植物細(xì)胞中，cold1可以與rice g-protein a subunit 1（rga1）發(fā)生物理作用。
生化活性測(cè)定結(jié)果顯示，rga1代替cold1單*有g(shù)tpase活性，并且依賴于反應(yīng)中mg2+濃度。
與野生型shiokari相比，rga1突變體d1對(duì)低溫存活的敏感性顯著提高。
低溫處理后，與單獨(dú)表達(dá)相比，cold1jap和rga1共表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)向電流明顯激活。
在ca2+存在下，低溫刺激的內(nèi)向電流信號(hào)依賴于cold1和rga1之間的相互作用。
無論是細(xì)胞外ca2+內(nèi)流還是細(xì)胞質(zhì)凈[ca2+]cyt信號(hào)的研究結(jié)果都與cold1對(duì)水稻冷激依賴的胞內(nèi)ca2+變化至關(guān)重要的觀點(diǎn)一致。
結(jié)論
cold1通過調(diào)節(jié)g蛋白信號(hào)來賦予水稻耐冷性，而cold1中的snp則是粳稻對(duì)冷環(huán)境適應(yīng)的基礎(chǔ)。