水稻COLD1基因单倍型分析与分子标记开发：揭示萌发期低温胁迫耐受性的遗传机制

针对水稻萌发期低温耐受性这一关键农艺性状，研究人员通过3K水稻核心种质资源库系统分析了COLD1基因的遗传变异，鉴定出与低温耐受显著相关的Hap2单倍型（SNP145938700-AA/SNP145938916-TT），并开发出精准区分单倍型的KASP标记Cold1-1/2-kasp。该研究为分子标记辅助选择（MAS）育种提供了高效工具，成功培育出苗期存活率提升7倍的耐冷新种质RY218，对应对气候变化下水稻稳产具有重要意义。

　　

在全球气候变化背景下，低温胁迫已成为影响水稻地理适应性和产量稳定性的重要限制因素。尤其在萌发期，低温会导致种子腐烂、幼苗坏死和出苗不齐，造成严重减产。传统育种方法因效率低下且周期长，难以满足生产需求。更棘手的是，随着直播栽培模式的推广，现代品种中耐冷等位基因的丢失加剧了这一挑战。中国长江流域、东北和西南稻区频繁遭遇"倒春寒"，每年因冷害导致的减产高达5%-10%。面对这一严峻形势，解析耐冷遗传机制并开发精准育种技术迫在眉睫。

湖南省农业科学院的研究团队聚焦COLD1基因——这个位于水稻4号染色体上通过G蛋白信号通路调控低温适应的关键基因。虽然前人发现其编码区SNP（T1091C/A）与亚种间耐冷性差异相关，但对调控区变异的影响知之甚少。为此，研究人员利用3K水稻核心种质资源库（529份材料），结合全基因组关联分析，系统解析了COLD1基因的自然变异特征及其与萌发期耐冷性的关系。

研究采用多组学整合策略：基于重测序数据筛选COLD1基因上下游3kb区域的SNP；通过Plink软件进行单倍型分析；利用qRT-PCR检测基因表达；开发KASP标记进行基因分型；并运用分子标记辅助选择将优良单倍型导入敏感品种。所有试验材料均来自3K水稻基因组计划，涵盖籼粳稻各亚群。

单倍型分析揭示关键变异位点
在493份核心种质中，研究人员鉴定出COLD1基因上游调控区的两个关键SNP：SNP145938700（Chr4-30316708）和SNP145938916（Chr4-30316916）。这两个位点将群体划分为Hap1（TT/GG）、Hap2（AA/TT）和Hap3（AA/GG）三种单倍型。值得注意的是，Hap2在粳稻亚群（尤其是TEJ/TRJ）中富集，表现出明显的纬度适应优势。

Hap2单倍型赋予卓越耐冷性
低温胁迫实验显示，携带Hap2的种质幼苗存活率达62.76%，显著高于Hap1（55.88%）和Hap3（48.25%）。qRT-PCR证实Hap2单倍型能显著上调COLD1表达，激活G蛋白（RGA1）依赖的Ca²⁺通道信号通路，从而增强细胞低温适应性。这一发现解释了粳稻在萌发期耐冷性上的优势。

精准分子标记开发与应用
基于关键SNP开发的KASP标记Cold1-1/2-kasp，在35份生产用种质中实现100%分型准确率。利用该标记，研究人员将Hap2从耐冷供体"美香占2号"导入敏感品种"R9311"，创制出新种质RY218。BC₂F₅代植株在低温下的存活率提升至69.17%，较轮回亲本提高7倍。

这项研究首次系统阐明了COLD1上游调控区变异对萌发期耐冷性的调控作用，突破了传统育种依赖表型选择的局限。开发的KASP标记为耐冷水稻精准育种提供了高效工具，而RY218的创制则为应对气候变化下的水稻生产挑战提供了实质性解决方案。该成果不仅深化了对植物低温感知机制的理解，更为实现"设计育种"提供了范例，对保障粮食安全具有重要战略意义。论文发表在《Gene》期刊，为作物抗逆遗传改良研究树立了新标杆。