水稻是重要的粮食作物，起源于热带和亚热带地区，提高水稻耐寒性是水稻栽培北移和抵御极端气候的基本条件。近日，中国科学院植物研究所与中国水稻研究所研究人员及其合作者发现了水稻感受低温的重要QTL基因COLD1及其人工驯化选择的SNP赋予粳稻（japonica rice）感知和耐受寒害的新机制。

研究者通过籼稻93-11和粳稻日本晴构建的遗传群体，发现粳稻的较强耐寒性是由一个重要QTL基因COLD1决定的，其驯化选择的SNP2等位基因系来自于中国野生稻。该实验分析了127个不同水稻品种和野生稻中COLD1的基因序列，发现7个SNP，其中粳稻特异SNP2影响了COLD1活性而赋予粳稻耐寒性。包含粳稻COLD1基因的籼稻近等基因系以及超表达COLD1的粳稻材料都显著增强了耐寒性，而功能缺失突变体cold1-1或反义基因株系却对寒冷非常敏感。

COLD1编码一个G-蛋白信号调节因子，是一个具有九次跨膜结构域的蛋白，定位于细胞膜和内质网上，可能作为离子通道或者离子通道的一部分调控细胞中Ca²⁺浓度。冷处理时，COLD1与G-蛋白α亚基RGA互作，参与依赖于G-蛋白的信号转导，激活Ca²⁺通道，触发下游耐寒防御反应，而后加速G-蛋白GTP酶活性以平衡G-蛋白动态活性，从而应对低温胁迫。

这是首例关于植物低温感受器的研究报道，揭示了通过人工驯化和选择得到的COLD1等位基因和特异SNP赋予水稻耐寒性的新机制。对COLD1模块的解析有助于通过分子设计培育耐寒水稻品种，也可直接用于对超级杂交稻亲本93-11和其它籼粳稻的耐寒性改良，从而使其种植区域扩大，为粮食供应安全提供保障。

近日，《Cell》杂志以封面研究论文的形式发表了这一成果，并配发了短评。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体（30821007）等项目的资助。