最新研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所的专家进行，针对水稻在向北扩展过程中对抗寒冷的适应性进行发现。研究结果刊登在《Cell》科学杂志上。DOI：10.1016/j.cell.2025.04.036
在曹晓芬教授的领导下，科学家团队提供了证据，DNA甲基化是一种表观遗传变化或对基因表达的影响，对水稻代际传递抗寒能力的能力发挥关键作用，这验证了拉马克的理论。
研究人员在本研究中追踪水稻向北扩散到更冷地区的进化轨迹。
通过新型多代筛选系统，针对对抗寒冷敏感的水稻发育阶段，他们进行了针对性工作，通过三代完成了选择出更适应寒冷条件的水稻植株的工作。
这种方法帮助创造了具有改善耐寒能力的稳定水稻系，这些系列由遗传模型中占主导地位的特征所决定。结果表明，这种稳定性至少在停止压力后的五代中持续存在。
多层面分析发现，ACT1（编码阿拉伯半乳甘聚糖的基因）启动子区的低甲基化是一种重要的表观遗传变化。
科学家使用DNA甲基化编辑系统精确修改了阿拉伯半乳甘聚糖基因ACT1启动子区的甲基化，导致了对抗寒冷的有针对性调节，并证实了由冷却引起的启动子区低甲基化促进了ACT1的激活，从而验证了表观遗传变化的作用。
接着研究人员研究了这种表观遗传调节的分子基础，揭示了其潜在机制。他们表明，冷胁迫降低了甲基转移酶MET1b的表达，破坏了ACT1启动子区甲基化的保持，导致低甲基化的表位形成。
进一步研究表明，ACT1启动子区甲基化变异区域包含转录激活子Dof1的结合位点，其敏感性取决于DNA甲基化状态。抑制Dof1显著降低了在生长阶段的抗寒性，建立了冷胁迫→MET1b调节下降→ACT1启动子去甲基化→加强Dof1结合→激活ACT1→增加抗寒性的调控链。
自然变异研究表明，尽管编码ACT1序列非常保守，但DNA甲基化状态显示出与抗寒性密切相关的多态性。
在中国三个主要水稻种植区域的131个地方品种中，超过88%的来自南部和中部地区的品种具有高甲基化活性的ACT1，而来自寒冷的东北地区的品种的ACT1则明显富含低甲基化活性。
这种“自南向北-高，自北向南-低”的甲基化梯度表明，ACT1的表观遗传变化在水稻驯化和地理扩散过程中是选择的核心目标。
通过分析通过冷却所引起的表观遗传变化在水稻适应中的作用，这项研究不仅澄清了快速适应环境的分子机制，还为长期以来在主流进化生物学框架内鲜为人知的遗传理论提供了有力支持。
审稿人对这项工作表示欢迎，指出：“这对于理解适应过程至关重要，并提示了一些传统达尔文主义范式无法解释的机制。”
除了理论结论外，这项研究还提供了改进农作物种植的实用建议。科学家提出了一个新的育种策略 - “应激诊断→表观遗传变体识别→精确编辑”，用于培育耐逆环境的农作物。这种方法对于解决气候变化带来的农业问题具有重要意义。
