本文聚焦中国东北大米耐寒机制的研究，探讨了表观遗传在水稻品质改良中的作用。研究团队发现，水稻的耐寒性状并非源于基因序列的改变，而是通过表观遗传调控。通过对水稻品种的培育和基因分析，研究人员揭示了ACT1基因启动子区域的DNA甲基化水平与水稻耐寒性的关系。这一发现不仅解释了粳稻在寒冷环境中的适应机制，也揭示了水稻从热带向北迁移过程中，耐寒特征的演变，为水稻育种提供了新的思路。

🌾 东北大米品质优良，与其耐寒性密切相关。粳稻米因其黏性好、口感佳，更受人们喜爱，而耐寒性是决定其品质的关键因素之一。

🔬 研究发现，水稻的耐寒性状并非由基因序列的改变引起，而是通过表观遗传机制调控。表观遗传是指在DNA序列不变的情况下，通过DNA甲基化等方式影响基因表达，从而影响生物性状的遗传。

❄️ 研究人员通过对水稻品种的培育和基因分析，确定了获得性耐寒性-1基因（ACT1）在耐寒性中的关键作用。ACT1基因的启动子区域DNA甲基化水平的降低，能够提高水稻的耐寒能力。

🌱 寒冷抑制了甲基转移酶MET1b，导致ACT1基因启动子去甲基化。去甲基化后，冷响应因子Dof1与ACT1基因结合效率提高，ACT1基因编码的阿拉伯半乳聚糖蛋白能够稳定细胞膜，从而提高应对寒冷的能力。

🌍 水稻在北迁过程中，ACT1基因启动子甲基化水平逐渐降低，这种耐寒特征很可能是在自然选择下形成的。这促进了水稻从热带向北迁移，也提升了寒冷地区粳稻的品质。

稻米是中国人的当家食粮。虽然中国人食用的大米中籼稻（主要产于湿热的南方地区）占了大部分，但生长于寒冷地区的粳稻更让人喜爱，如东北大米。因为籼稻米黏性较差，直链淀粉含量较高，米饭偏硬，粳稻米黏性较好，直链淀粉含量较低，米饭较软。在口感上，粳稻米好于籼稻米。

生长于寒冷地区的水稻有其自身的遗传机制。视觉中国|图

决定粳稻优良品质的因素有多种，其中，耐寒基因是一个重要因素。2025年5月22日，中国科学院遗传与发育生物学研究所的一个研究团队在《细胞》杂志在线发表论文，提出中国东北大米的耐寒机理是表观遗传。

决定水稻的耐寒性状的基因既有特定DNA序列的变化，也有表观遗传而产生的耐寒基因。表观遗传是指DNA序列不发生变化的情况下，生物性状的遗传信息通过DNA甲基化、染色质构象改变等途径来表达，并且传递给后代的一种遗传机制。

研究团队对来自中国北方的31个水稻品种的耐寒性进行了研究，发现黑龙江省农垦科学院水稻研究所培育的垦稻8（KenDao8，KD8）对寒冷比较敏感，在较冷的环境中生长时，产生的可育种子数量较少。研究团队对该品种进行水稻品种繁殖研究。先将它们放置于零下15摄氏度的密室中7天，然后再转移到自然环境中生长。从这个品种结籽最多的水稻上收集种子，然后用这些种子种出的水稻放到先前同样的低温状态下繁殖。

研究人员进行了三代耐寒育种试验，每一代都选择耐寒性更高的稻穗，经过三代耐寒育种试验，获得了结实率更高的植株，命名为KD8-3C，意为“三代冷”。之后，通过检测发现，这种水稻的耐寒性在KD8-3C的后代中持续存在。在继续该实验的五代中，这些水稻一直保持着耐寒能力。

KD8-3C的耐寒性当然是基因决定的，但是，是基因突变还是其他原因并不清楚。为了排除这种适应性变化是基因突变，即DNA序列变化导致的，研究团队对这些水稻以及未受低温处理因而未获得相同耐寒性的水稻进行了基因组测序，结果发现，这两类水稻并没有出现任何有助于耐寒性的基因序列差异，说明基因序列并没有发生变化。

这种情况提示了另一种可能，耐寒水稻可能存在表观遗传差异。与不耐寒的水稻品种相比，研究人员在耐寒的KD8-3C水稻品种中发现了一个特定基因，称为获得性耐寒性-1基因（acquired cold tolerance 1，ACT1）。这个基因的DNA序列并没有任何改变，但是其启动子区域的DNA甲基化水平更低。

研究团队发现，在正常温度下生长的水稻，降低ACT1基因启动子区域的DNA甲基化水平，能够让水稻更好地耐受寒冷压力，而恢复DNA甲基化，这些水稻就会失去耐受寒冷的能力。

这种耐寒的具体机制是，寒冷抑制了甲基转移酶MET1b，导致ACT1基因的启动子去甲基化。去甲基化后，冷响应因子Dof1与ACT1基因结合效率提高了3倍，因而ACT1基因编码的阿拉伯半乳聚糖蛋白能够稳定细胞膜，提高应对寒冷的能力。这表明，表观遗传改变而非DNA序列改变（基因突变）与耐寒性之间有直接因果关系。

此后，研究团队在全国各地的131个水稻品种中寻找ACT1基因启动子甲基化水平的变化。结果显示，在寒冷的东北地区种植的大多数水稻品种（粳稻）的ACT1基因启动子甲基化水平显著更低，而在温暖的华南地区种植的大多数水稻品种（籼稻）的ACT1基因启动子则存在大量甲基化。

这也表明，水稻在北迁过程中，呈现出ACT1基因启动子甲基化水平的逐步降低。因此，水稻的耐寒特征可能是被选择出来的，由此促进了水稻从热带地区向北迁移，也让寒冷地区的粳稻获得了更好的品质，黏性好，更好吃。