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水稻(Oryza sativa L.)是一种起源于热带和亚热带地区,对低温极度敏感的重要粮食作物。低温不仅影响着水稻的地理分布,还影响着水稻各个时期的正常生长发育。其中,生殖生长期的低温冷害会影响小孢子的正常发育而导致花粉败育,进而直接影响产量。发掘和克隆水稻生殖生长期耐冷基因,能够为进一步阐明水稻生殖生长期耐冷的分子机制和开展水稻耐冷分子育种奠定基础。目前对水稻生殖生长期耐冷的已定位了约60个QTLs,有关精细定位和基因克隆的报道较少。我们同时利用自然群体和双亲的连锁分离群体进行全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study,GWAS)和连锁分析(LinkageAnalysis),对水稻生殖生长期耐冷基因进行发掘和克隆。利用自然群体分别对昆明和北京两点生殖生长期低温耐受性进行全基因组关联分析,检测到数十个生殖生长期耐冷QTLs。利用云南地方耐冷粳稻昆明小白谷和日本冷敏感粳稻Towada通过连续多代回交、自交,构建了5个生殖生长期耐冷近等基因系,并检测和精细定位了3个生殖生长期耐冷QTL,克隆了1个生殖生长期耐冷基因CTB4a(Cold Tolerance at Booting Stage)。研究表明,CTB4a能与ATP合酶的β亚基AtpB互作正向调控冷胁迫下ATP的活性和含量,增加花粉育性,提高水稻结实率和产量,从而调控水稻应对低温胁迫的能力。单倍型和起源演化分析表明,CTB4a启动子区域的SNP-2536,SNP-2511和SNP-1930可能是引起两个亲本冷敏感性差异的功能变异位点;CTB4a优势单倍型存在于中国东北和云贵高原地区等高海拔和高纬度区域,是在温带粳稻驯化过程中在特定的低温环境中产生的。