《NMT 通讯》第二期
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收稿日期：
2022-12-26
编辑作者
E-mail:yanhan@nmtia.org.cn
IJMS 福建农林林文雄张志兴：NMT 发现水稻通过维持根系 K/Na 稳
态实现低温抗逆性 为水稻耐冷机制研究提供基础
一、基本信息
研究使用平台：
NMT
温度胁迫创新平台
期 刊：
International Journal of Molecular
Science
主题：
NMT
发现水稻通过维持根系
K/Na
稳
态实现低温抗逆性 为水稻耐冷机制研究提
供基础
标 题：
Transcriptome Analysis of the
Responses of Rice Leaves to Chilling and
Subsequent Recovery
影响因子：
6.208
作者：福建农林大学林文雄、张志兴、李忠
二、检测离子 / 分子指标
Na
+
、
K
+
三、样品信息
水稻根分生区
四、中文摘要
提高水稻苗期的耐冷性对农业研究至
关重要。为了更好地了解水稻的耐冷机制，
本研究对一个水稻品种
Dular
进行了生理检
测和转录组学分析。低温抑制了水稻的叶绿
素和非结构性碳水化合物（
NSC
）的合成，
破坏了植株的离子平衡，导致水稻叶片功能
受损。恢复常温处理可有效逆转冷胁迫。转
录组结果显示，在三种不同的温度下鉴定出
21970
个基因，其中
11732
个基因差异表达。
KEGG
分析显示，差异表达基因的功能类别
主要为核糖体（
8.72%
）、光合作用天线蛋
白（
7.38%
）、苯丙类生物合成（
11.41%
）
和亚油酸代谢（
10.07%
）。亚细胞定位显
示，大部分蛋白位于叶绿体（29.30%）、胞
浆（
10.19%
）和细胞核（
10.19%
）。一些参
NMT 文献速递
《NMT 通讯》第二期
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与光合作用、核糖体、苯丙类生物合成和亚
油酸代谢的基因在增强水稻对低温胁迫的适
应性和恢复能力方面发挥关键作用。这些研
究结果为今后水稻耐冷机制的研究提供了基
础。
五、离子 / 分子流实验处理方法
水稻幼苗常温状态下（
CT
）- 低温处理
24h
（
TR
）- 恢复常温处理
24h
（
RC
）
图 1. 根系离子流速情况。正值代表外排，负值代表吸收。
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六、离子 / 分子流实验结果
采用
非损伤微测技术（
NMT
）对水稻
根分生区域进行了测定。
3
种处理的水稻根
系的离子流速有显著差异。常温下水稻根系
中的
K
+
/Na
+
处于稳态。冷胁迫影响了水稻
根系中的离子平衡，导致
K
+
的外排和
Na
+
的吸收，从而破坏了
K
+
/Na
+
平衡。恢复常
温处理后，植株能有效抑制
K
+
外排，同时
大量排出
Na
+
（图
1
）。
《NMT 通讯》第二期
12
明，恢复常温处理可以有效地逆转冷胁迫。
本研究揭示了水稻感知、传递低温信号并激
发耐冷功能的过程和机理，为进一步认识植
物的耐冷机制，加快耐冷作物分子育种的进
展提供了理论基础。
九、测试液
K
+
: 0.1mM CaCl
2
, 0.1mM KCl, 0.3mM MES,
pH 6.0.
Na
+
: 0.1mM CaCl
2
, 0.1mM KCl, 0.1mM NaCl,
0.3mM MES, pH 6.0
关键词：温度变化；水稻；转录调控；离子
平衡；生长与发展；逆境胁迫；能量代谢；
胁迫水平；植物类
文献信息：
Li Z, Khan MU, Letuma P,
Xie Y, Zhan W, Wang W, Jiang Y, Lin W,
Zhang Z. Transcriptome Analysis of the
Responses of Rice Leaves to Chilling and
Subsequent Recovery. Int J Mol Sci. 2022 Sep
15;23(18):10739. doi: 10.3390/ijms231810739.
PMID: 36142652; PMCID: PMC9502032.
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七、其它实验结果
●
与
CT
处理相比，TR 处理显著降低了
Dular
叶绿素
a+b
和类胡萝卜素含量。一方
面，
RC
的叶绿素
a+b
和类胡萝卜素含量显
著高于
TR
，但低于
CT
；另一方面，
RC
的
脯氨酸含量显著低于
TR
处理，但高于
CT
处理。
RC
的可溶性糖含量 (
SSC
) 和淀粉含
量(
SC
) 显著高于
TR
处理，低于
CT
处理。
这些结果表明，虽然与
CT
处理不同，但在
TR
处理下叶片发生了损伤，而在 RC 处理下
叶片恢复较快。
●
在所有
CT
、
TR
和
RC
样本中共鉴定出
21970
个基因。其中，在
CT
、
TR
和
RC
样
本中分别鉴定了
20096
、
20177
和
19209
个
基因。此外，在
CT
和
TR
、
TR
和
RC
以及
CT
和
RC
中分别鉴定出
839
、
733
和
444
个
基因。共有
17748
个基因在所有三种处理
（
CT
、
TR
和
RC
）中同步表达。
●
三种处理的主成分分析显示了转录组数据
的高再现性。
TR
和
CT
样品差异显著，说
明
Dular
的转录组在低温条件下发生了显著
变化，植株受到了强烈的胁迫。然而，
RC
和
CT
样品之间的差异小于
CT
样品之间的
差异。
●
一些参与光合作用、核糖体合成、苯丙类
生物合成和亚油酸代谢的基因在增强水稻对
低温胁迫的适应性和恢复能力方面发挥关键
作用。
八、结论
低温严重影响水稻的生长发育。短时间
低温处理后的温度恢复保证了水稻叶绿素和
NSC
的合成，维持了植株的离子平衡。光
合作用、亚油酸代谢的上调，核糖体和苯丙
类生物合成的下调，表明温度恢复后植物的
状态由冷胁迫向生长发育转变。这些结果表
