起源于热带和亚热带的水稻，其对寒害的耐受性直接影响稳产，而耐寒性是受多基因控制的复杂数量性状，在籼、粳亚种间分化明显，粳稻通常表现出更强的耐寒能力。挖掘耐寒优异自然变异并解析低温信号网络，是利用分子设计育种以改良水稻耐寒性的重要理论基础。

    种康院士团队前期研究发现了低温感知及其信号转导的核心分子，其中包括COLD（CHILLING-TOLERANCE DIVERGENCE）系列基因（COLD1、COLD6、COLD8和COLD11），以及调控粳稻耐寒性的QTL主效基因COG1~COG4（Chilling tolerance in Geng/japonica rice），创建了从细胞膜感知到细胞核转录的信号网络。然而，在低温信号通路中，转录因子如何特异地启动RNA聚合酶II以调控转录机器尚不清楚。

    近期，该团队与扬州大学梁国华教授团队合作，发现一个新的粳稻耐寒QTL主效基因COG5（Chilling-tolerance in Gengdao/japonica rice 5），其编码转录中介复合体（Mediator complex）中间模块亚基Med21，在水稻芽期、苗期和孕穗期等多个发育时期均正向调控耐寒性。研究显示COG5启动子区存在一段约1819 bp的结构变异，使其在籼、粳稻中分化为COG5^jap与COG5^ind两类主要的单倍型，携带COG5^jap的粳稻具有更高的COG5表达量和更强的耐寒能力。低温响应转录因子OsDREB6特异识别并结合COG5^jap启动子区的DRE/CRT顺式元件（GCCGAC和ACCGAC），促进COG5转录激活；而籼稻COG5^ind启动子因缺失相应元件不能被OsDREB6激活。COG5作为中介复合体的重要成员，直接靶向激活低温核心转录因子OsbHLH002/OsICE1，进而级联下游耐寒基因OsTPP1、OsDREB1A、OsDREB1B的表达，从而提升水稻耐寒性。

    群体遗传学与进化分析显示，COG5^jap单倍型起源于中国普通野生稻（Oryza rufipogon），在粳稻驯化中经历强烈正向选择，携带该单倍型的品种集中分布于高纬度、低年均温地区。COG5^jap在粳稻地方品种、引进品种和现代育成品种中始终保持高频，而在籼稻中较少存在，表明其可能在粳稻适应低温环境过程中发挥了重要作用，并具有改良籼稻耐寒性的应用潜力。综上，该研究发现了新的耐寒遗传模块，揭示了COG5启动子结构变异驱动籼粳耐寒性分化的分子基础，并拓展了对Mediator复合体参与环境适应机制的认识，为水稻耐寒分子设计育种提供了新的基因资源和理论依据。

    相关成果于2026年8月22日在国际学术期刊Cell Reports在线发表。植物所已毕业博士研究生郑双双为论文第一作者，种康院士与郭晓玉副研究员为共同通讯作者。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和北京市科技新星计划等资助。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00953-8

图：COG5在籼稻和粳稻背景中表现出明显的启动子变异。与COG5^ind相比，OsDREB6在COG5^jap中表现出更强的激活能力，导致粳稻中COG5的表达量高于籼稻。在低温胁迫下，COG5与转录因子OsbHLH002互作并增强其转录激活活性，促进下游基因OsTPP1和OsDREBs的表达，从而提高水稻耐寒性。