2025年8月6日，广西大学罗继景教授课题组及崖州湾国家实验室李家洋院士团队合作研究论文“Natural variation of a specific NLR gene RGA4L confers strong chilling tolerance in rice”在国际知名杂志Plant Biotechnology Journal在线发表。该研究成功从粳稻品种Koshihikari（越光）克隆了高效应的水稻耐冷性基因Disease Resistance Gene Analog 4-Like（RGA4L），该基因编码一个特异调控非生物胁迫抗性的NLR蛋白，可显著提高水稻苗期、分蘖期和开花期的耐冷性；同时该研究揭示了RGA4L通过与OsHSP90和OsLEA5的相互作用共同调控水稻耐冷。将RGA4Ljap导入不同籼稻品种（NJ11/HHZ/556）时，可以在提高水稻耐冷性的同时对产量不产生不良影响。这一重要发现不仅丰富了水稻耐冷的调控网络，完善了相关理论体系，更为水稻低温抗性育种提供了宝贵的基因资源，对低温胁迫下稳定水稻产量有重要意义。
科研团队利用以冷敏感籼稻Nona Bokra为供体，以耐冷的粳稻Koshihikari（越光）为受体回交构建的染色体单片段替换系（中科院上海分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士馈赠）为材料定位克隆了调控水稻耐冷的主效QTL qCSS12。通过对基因的结构进行预测分析，确定该位点的目的基因（命名为RGA4L）编码 CC-NB-LRR 结构域的 NLR蛋白，且籼稻基因型RGA4Lind等位基因在 LRR 结构域处存在 34 bp 的缺失，该缺失是导致Nona Bokra与Koshihikari冷耐受程度不同的关键因素（Fig. 1）。
Fig. 1 Identification of qCSS12.
近等基因系和转基因株系（Ri系/回补系/过表达系）的构建及表型分析验证了RGA4Ljap正调控水稻在苗期、分蘖期和开花期的耐冷性（Fig 2）。通过表达模式分析发现，RGA4L在水稻根茎叶中均有表达。亚细胞定位分析表明RGA4L可定位于细胞核和细胞质。RGA4L作为NLR蛋白，其CC结构域可以引起超敏反应，显示了其具备NLR蛋白的特征。为了进一步解析RGA4L参与调控水稻耐冷的分子机制，研究团队以RGA4L的截短结构域为诱饵进行酵母cDNA文库筛选，并选择互作蛋白OsHSP90（水稻热激蛋白）和OsLEA5（水稻晚期胚胎丰富蛋白）进行下一步的研究。其中，RGA4L结构域截短互作分析表明，两个等位基因RGA4Ljap和RGA4Lind的LRR结构域与OsHSP90互作存在差异（RGA4Lind LRR与OsHSP90不互作），这种差异可能是34 bp缺失导致的。OsHSP90与OsLEA5的敲除突变也降低了水稻的耐冷性。结果表明，RGA4L与OsLEA5和OsHSP90共同正调控水稻苗期的耐冷性。
Fig. 2 Chilling stress phenotypes of NILs and transgenic lines.
为了探究RGA4L的遗传效应，研究团队利用 4个染色体片段替换系（SN47、SN88、SN109和SN143）的耐冷表型分析了RGA4L与COLD1、bZIP73和HAN1之间的遗传互作关系。其中SN143携带耐冷粳稻等位基因COLD1jap、bZIP73 jap、HAN1 jap（Liu et al., 2018; Ma et al., 2015; Mao et al., 2019; Zhang et al., 2017）以及RGA4Lind，该株系表现出冷敏感表型。相比之下，SN47、SN88和SN109均含有粳稻耐冷等位基因RGA4Ljap，均表现出较强的耐冷表型（Fig. 3），表明RGA4L对已知耐冷基因具有上位性作用。同时，将RGA4L导入到三种籼稻背景，发现提高了籼稻的耐冷性且不会影响其农艺性状。RGA4L的分子进化分析发现，RGA4Ljap是在粳稻驯化过程中受到选择的一个重要位点（Fig. 4）。
Fig. 3 RGA4L confers strong chilling tolerance without yield penalty in rice.
综上所述，RGA4L是第一个被鉴定出可赋予水稻从幼苗到成熟阶段耐冷性的NLR基因。更重要的是，RGA4L 作为一个自然变异的基因，渗入籼稻基因组可增强耐冷性，而不会影响水稻产量。因此，RGA4L是选育优良耐冷水稻品种的极具价值的基因。
Fig. 4 A working model was proposed to depict the selection of RGA4L and its molecular mechanism underlying chilling tolerance.
广西大学已毕业博士甘萍（已入职中国热带农业科学院热带生物技术研究所），已毕业硕士王永亮（华中农业大学在站博士后），在读硕士韦寒幸（广西大学生命科学与技术学院准博士生）和已毕业硕士卢思嫄（中南大学在读博士生）为共同第一作者，广西大学罗继景教授和李家洋院士为该研究工作共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、广西科技计划项目等经费的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.70293。
广西大学罗继景教授课题组长期围绕区域特色的广西普通野生稻资源的搜集、保护与利用方面开展研究。目前研究方向主要集中在耐冷、耐旱以及细菌性条斑病抗性基因分子遗传的研究。近年来在Nature Genetics, The Plant Cell, Plant Biotechnology Journal和 Nature Communications（已接受发表）等国际知名期刊发表SCI论文30余篇。本课题组招收遗传学、分子生物学和生物化学等方向硕士、博士及博士后，欢迎加入。
