イネの寒冷適応におけるエピジェネティック機構を解明(Researchers Unveil Epigenetic Mechanism of Cold Adaptation in Rice)

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2025-05-26 中国科学院(CAS)

イネの寒冷適応におけるエピジェネティック機構を解明(Researchers Unveil Epigenetic Mechanism of Cold Adaptation in Rice)
Multigenerational cold stress induces heritable ACT1 promoter hypomethylation, enabling rice to acquire cold tolerance for high-latitude adaptation. (Image by IGDB)

中国科学院遺伝・発生生物学研究所の曹暁風教授らの研究チームは、イネの寒冷適応に関するエピジェネティックなメカニズムを解明しました。この研究では、寒冷ストレス下での世代間選抜を通じて、寒冷耐性を持つイネ系統を育成し、その耐性が少なくとも5世代にわたり維持されることを確認しました。解析の結果、ACT1遺伝子のプロモーター領域の低メチル化が寒冷耐性の鍵であり、寒冷ストレスによるMET1bの発現低下がこの低メチル化を引き起こすことが判明しました。さらに、低メチル化により転写因子Dof1の結合が促進され、ACT1の発現が活性化されることが明らかになりました。このエピジェネティックな変化は、イネの北方への適応進化において重要な役割を果たしており、獲得形質の遺伝というラマルク主義の理論を支持する分子的証拠となります。この研究成果は、2025年5月22日に『Cell』誌に掲載されました。

<関連情報>

イネにおけるDNAメチル化による後天的適応的耐寒性の遺伝 Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation

Xianwei Song ∙ Shanjie Tang,, ∙ Hui Liu ∙ … ∙ Shukun Jiang ∙ Xian Deng ∙ Xiaofeng Cao
Cell  Published:May 22, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.036

Highlights

•Recurrent cold stress during reproduction induces heritable cold tolerance in rice

•Cold-induced DNA demethylation of ACT1 mediates cold tolerance acquisition

•Natural variation in ACT1 DNA methylation causes differential Dof1 binding

•Hypomethylated ACT1 epiallele enhances rice adaptation to high-latitudinal regions

Summary

Epigenetic pathways could provide a mechanistic explanation for the inheritance of acquired characteristics, as proposed by Lamarck in 1802, but epigenetic alterations that endow adaptive hereditary traits have rarely been observed. Here, in cultivated Asian rice (Oryzasativa L.), we identified an epiallele conferring acquired and heritable cold tolerance, an adaptive trait enabling northward spread from its tropical origins. We subjected cold-sensitive rice to multigenerational cold stress and identified a line with acquired stable inheritance of cold tolerance. DNA-hypomethylation variation in the acquiredcoldtolerance 1 (ACT1) promoter region rendered its expression insensitive to cold. This change is, in large part, responsible for the acquired cold tolerance, as confirmed by DNA-methylation editing. Natural variation in ACT1 DNA hypomethylation is associated with cold tolerance and rice geographic distribution. Hypomethylation at ACT1 triggers adaptive cold tolerance, presenting a route to epigenetic-variation-driven inheritance of acquired characteristics.

1202農芸化学
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