中國日報6月18日電（記者 李夢涵）全球氣候變化引發區域性氣候異常導致作物減產甚至絕收，而農業生產中過量施用氮肥造成的面源污染也不斷加劇。如何同時提高作物抗逆性和氮肥利用效率，已成為世界農業面臨的兩大挑戰。水稻作為典型的喜溫作物，寒害常導致作物嚴重減產甚至絕收。農業生產實踐中常通過增施氮肥促進寒害后分蘗再生，以減輕產量損失。但是水稻寒害恢復能力是否具有獨立的遺傳調控機制、植物如何協調耐寒性與氮素利用效率，尚缺乏系統認識，這也是植物逆境生物學的重要科學問題。

中國科學院植物研究所種康研究團隊以粳稻品種空育131（KY131）和秈稻品種浙輻802（ZF802）構建的重組自交系群體為材料，將寒害后分蘗再生率創新性地作為評價寒害韌性的關鍵指標，定位到控制寒害韌性的主效位點qCR2（quantitative Chilling Resilience 2），通過圖位克隆鑒定出主效基因，并命名為CHPO（chilling phoenix）。該模塊具有寒害激活高效氮吸收與分蘗的切換開關能力，從種質的遺傳底層邏輯改良來解決了上述問題。

研究發現，粳稻等位基因CHPOjap與秈稻等位基因CHPOind的編碼區存在差異，這導致兩種蛋白對于低溫的響應方式和DNA識別偏好性的差異，過表達CHPOjap能夠顯著提高水稻耐寒性和寒害后分蘗再生能力，而過表達CHPOind則產生相反效果。群體遺傳學分析表明，CHPOjap在水稻馴化過程中受到自然選擇。進一步的機制研究表明，CHPOjap能夠根據寒害發生與恢復過程動態切換調控程序：在寒害階段激活耐寒相關基因表達，提高植株耐寒能力；在常溫恢復階段，直接激活氮吸收基因OsNRT2.4和抑制分蘗負調控基因OsTCP19，增強寒害后的恢復生長能力，減少對額外氮肥投入的依賴。

為解決分子模塊應用潛力，研究團隊創建了寒害韌性表型體系。田間試驗表明，在不同氮肥恢復條件下，過表達CHPOjap的植株均表現出高于野生型的單株產量和氮利用效率，而chpo突變體則表現相反，說明CHPOjap在提高寒害后穩產能力和氮肥利用效率方面具有顯著育種潛力。這一智能模塊發現與新機制的闡釋不僅具有重要的理論意義，而且具有潛在的應用前景。為培育耐寒、穩產、氮高效利用的水稻新品種提供了重要的分子模塊和育種策略。

該研究成果于北京時間6月17日晚上11點在線發表于國際學術期刊Nature，植物所和中國科學院大學聯合培養的已畢業博士研究生曹杰為第一作者，中國科學院院士、植物所研究員種康，副研究員羅偉和中國科學院大學教授王紅為該論文共同通訊作者。崖州灣國家實驗室錢前院士和植物所葛頌研究員提供了關鍵指導。該研究得到了國家自然科學基金和"科技創新2030"生物育種重大項目的資助。