生物体是否能够随外界环境变化主动做出改变，并将获得的有利性状稳定遗传给后代？早在达尔文提出自然选择学说之前，法国进化论先驱拉马克就提出著名的“获得性遗传”理论。然而，由于缺乏直接的分子遗传学证据，这一理论长期存在争议。

5月22日，中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士团队在Cell杂志发表研究成果，解析水稻北移种植过程中的耐寒适应性演化规律——冷胁迫诱导的DNA甲基化变异发挥了关键作用。该研究首次在分子水平证实，环境诱导物种发生表观遗传变异，形成环境适应的性状并可跨代遗传，为拉马克获得性遗传理论提供了直接证据。

审稿专家评价：“该研究超越了传统达尔文进化理论框架，为理解适应性进化提供了新范式。”该研究还创建了“逆境驯化—表观变异鉴定—精准编辑”的作物定向抗逆育种新思路，将为应对全球气候变化下的农业生产挑战提供创新性解决方案。

研究团队创新建立水稻多代连续筛选体系，在水稻对低温最敏感的时期进行冷胁迫处理，筛选耐寒性强的水稻。经过三代定向选择，成功获得耐寒性显著提升且遗传稳定的水稻株系，并且在撤除低温胁迫后的常温条件下，还能至少稳定遗传五代。这说明，水稻从低温环境中获得的耐寒性可稳定遗传。

研究人员发现，阿拉伯半乳糖蛋白基因ACT1启动子区的甲基化缺失是关键变异位点。对来自中国三个主要稻区的131份农家种的DNA甲基化分析表明，低纬度热带和亚热带气候的华南和华中稻区88%以上的农家种含高甲基化ACT1，而高纬度冷凉气候的东北稻区则显著富集低甲基化ACT1。这种“南高北低”的DNA甲基化梯度分布，暗示ACT1表观变异为水稻北迁冷适应中关键驯化位点。

进一步研究发现，低温胁迫抑制DNA甲基转移酶MET1b的表达，导致ACT1启动子区甲基化维持受阻，形成低甲基化表观等位型。这一变异促进了转录因子Dof1的结合（其结合对甲基化敏感），从而激活ACT1表达，使水稻具有耐冷性。

中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士和宋显伟研究员为该论文的通讯作者，宋显伟研究员、博士后唐善杰和中国科学院昆明植物研究所的刘晖副研究员为论文的共同第一作者。黑龙江省农业科学院耕作与栽培研究所的孟英研究员、姜树坤研究员和王立志副研究员，西北工业大学王宝博士也参与了该项研究。该研究得到了农业农村部重大专项、国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项等项目的资助。

作者：安澜