水稻P4-ATPase基因OsALA4通过调控膜流动性正调控幼苗耐冷性的分子机制

为解决水稻幼苗期低温敏感导致的减产问题，四川农业大学团队通过染色体片段置换系(CSSL)定位到耐冷QTL qLTS5，发现其靶基因OsALA4编码质膜定位的P4-ATPase。研究表明，OsALA4通过维持膜流动性和ROS稳态增强耐冷性，启动子区SNP差异决定品种间表达差异，为耐冷育种提供新靶点。

　　

水稻作为典型喜温作物，幼苗期低温胁迫会导致萎蔫甚至死亡，造成严重减产。尽管已报道80余个耐冷QTL，但仅有COLD1、COG1等少数基因被克隆，且膜稳态调控机制尚不明确。四川农业大学研究团队在《The Crop Journal》发表的研究，首次揭示了P4-ATPase家族基因OsALA4通过调控质膜流动性增强耐冷性的分子机制。

研究采用染色体片段置换系CSSL-K2832-2（9311背景携带Nipponbare片段）进行QTL定位，结合CRISPR/Cas9基因编辑、启动子活性分析及生理生化检测。通过构建BC₇F₂群体（1252株）将qLTS5精细定位至159 kb区间，锁定候选基因LOC_Os05g01030/OsALA4。

主要结果

1. OsALA4的鉴定与功能验证
   通过比较冷敏感品种9311与耐冷置换系L4，发现OsALA4在L4中表达量显著升高。基因编辑株系OsALA4-KO1/KO2存活率较Nip下降40-60%，而过表达株系存活率提升至61.14%，证实其正调控作用。

2. 亚细胞定位与表达模式
   GFP标记和免疫印迹显示OsALA4特异定位于质膜，且在叶片中高表达。启动子活性分析发现-1500至-700 bp区域SNP差异导致Nip型启动子活性比9311型高3倍。

3. 膜稳态调控机制
   TMA-DPH荧光偏振检测表明，OsALA4-KO株系在4°C处理24小时后膜流动性降低35%，伴随MDA含量上升2倍。电镜观察显示突变体叶绿体降解加剧，而超氧化物歧化酶(SOD)活性下降50%。

4. 单倍型分析
   对377份种质资源分析发现，OsALA4^Nip（单倍型Hap2）在粳稻中富集，其启动子活性与耐冷性显著相关，为分子标记辅助育种提供依据。

结论与意义
该研究阐明OsALA4通过维持质膜磷脂不对称性（P4-ATPase特性）和ROS平衡增强耐冷性，其启动子自然变异是品种间耐冷差异的关键因素。这不仅填补了水稻膜响应低温信号通路的空白，更为设计OsALA4^Nip等位基因的分子模块育种奠定基础。