水稻（Oryza stativa）是全球最重要的粮食作物之一，冷胁迫严重影响水稻的各种生理过程，抑制其生长发育和产量。可变剪接（Alternative splicing，AS）是真核生物中重要的转录后调控机制，能够让基因转录产生的前体mRNA形成多种结构不同的成熟mRNA。已报道 AS 调节许多非生物胁迫反应从而提高植物抗逆性。然而，关于AS在水稻中如何参与冷胁迫反应的信息十分有限，AS调控对作物适应性演化的贡献也鲜有报道。
2024年2月12日，广西大学陈玲玲、罗继景教授团队和西南大学宋佳明研究员在国际著名植物学术期刊The Plant Cell在线发表了题为Pan-transcriptomic analysis reveals alternative splicing control of cold tolerance in rice的研究论文，构建了泛转录组表征水稻响应冷胁迫的转录调控景观，揭示剪切因子的驯化选择参与作物的生态适应性演化。
科研团队基于11种籼粳稻材料在冷胁迫下的转录组数据（Iso-Seq和RNA-Seq）构建了水稻泛转录组，表征不同水稻品种的冷响应转录调控景观，发现籼稻和粳稻的转录组在冷处理后期表现出明显的差异。进一步利用水稻冷胁迫泛转录组数据，构建了冷胁迫下水稻基因的共表达网络，确认了OsCATC和Os03g0701200两个基因可作为增强水稻耐寒性工程改良的新候选基因，同时发现低温触发了水稻大规模AS事件响应，AS是水稻应对冷胁迫的重要调控机制。
富含丝氨酸-精氨酸（SR）的蛋白质是一类重要的剪接因子，在多种非生物胁迫下促进可变剪接，从而影响植物对这些胁迫的响应。通过对165种水稻材料的重测序数据分析及耐寒性表型评估，发现剪接因子OsRS33和OsRS2Z38对于水稻耐寒具有重要作用。OsRS2Z38基因的功能缺失显著降低水稻幼苗的耐寒性。此外，OsRS2Z38基因在籼稻和粳稻间具有不同的单倍型，粳稻中的OsRS2Z38等位基因型在粳稻的冷适应中可能扮演了重要角色，即剪接因子OsRS2Z38的驯化选择参与亚洲栽培稻的适应性演化。
综上所述，该研究系统地分析了冷胁迫下水稻的AS分布、动态变化和调控机制，探讨剪切因子的驯化选择参与作物的适应性演化，为理解冷胁迫下植物的精确调控和冷响应机制的遗传基础提供了创新性见解和丰富的资源。
广西大学博士生钟园园、罗玉虹、孙津梁为共同第一作者，西南大学宋佳明研究员，广西大学陈玲玲和罗继景教授为论文共同通讯作者。李荣柏教授对本研究提供了种质资源支持。该研究获得了国家自然科学基金、广西自然科学基金创新群体、中国科协青年人才托举工程、亚热带农林生物资源保护与利用国家重点实验室自主专项等项目的资助。
西南大学宋佳明课题组长期从事作物功能基因组学研究，围绕粮油作物重要农艺性状形成的遗传基础与演化规律开展系列研究。研究成果在Nature Plants, Molecular Plant, The Plant Cell, Plant Biotechnology Journal, Plant Communication, Plant Physiology等国际知名刊物发表。因课题研究需要现招聘生物信息学和遗传学等方向博士后及科研助理2-3名，热烈欢迎大家咨询联系：jmsong@swu.edu.cn。
