撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

早在 1802 年，法國博物學家拉馬克就提出了最早的生物進化思想——用進廢退的獲得性遺傳理論，該理論認為 ， 生物體隨外界環境變化做出適應性改變，并將獲得的有利性狀穩定遺傳給后代。這一理論缺乏直接的分子生物學證據，未能讓人信服，被達爾文后來提出的自然選擇的進化論取代。

主流進化論認為，DNA 一直在發生隨機突變，這些隨機突變被自然選擇，從而產生了適應性特征，這是適應性特征產生的唯一途徑。

近年來，表觀遺傳領域的發現或許能為“獲得性遺傳”理論提供解釋，然而，尚未觀察到具有適應性意義且同時能夠穩定遺傳的表觀遺傳改變，因此，獲得性特征是否能夠穩定遺傳，仍有待證實。

2025 年 5 月 22 日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風院士、宋顯偉研究員團隊在Cell期刊發表了題為：Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation 的研究論文。

這項具有里程碑意義的研究表明，水稻可以在沒有任何 DNA 序列變化的情況下，僅通過 DNA 的甲基化修飾就將獲得的適應性耐寒性狀穩定遺傳下去，從而證實了一種進化形式——環境壓力可以在不改變生物體 DNA 序列的情況下誘導可遺傳的變化。

這一發現為拉馬克的 “獲得性遺傳”理論提供了直接證據，超越了傳統達爾文進化論框架，挑戰了“自然選擇”是進化中唯一的適應性力量，為理解適應性進化提供了新范式，也為作物抗逆育種提供了全新思路。

水稻原產于熱帶地區，但如今已能在世界各地種植，甚至適應了較寒冷的環境，例如，我國東北地區就大量種植水稻。在這項研究中，研究團隊嘗試探索水稻是如何獲得適應低溫的能力的。

研究團隊發現了一種亞洲水稻品種，這種品種特別怕冷，在較冷的環境中生長時，產生的可育種子數量較少。研究團隊在該水稻品種準備開始繁殖時，將它們置于溫度設定為零下 15°C 的密室中 7 天時間，然后再轉移自然環境中。從結籽最多的水稻上收集種子，然后用這些種子種出的水稻接受同樣的低溫脅迫。

通過這種方式，研究團隊發現，到了第三代，在寒冷壓力下，其中一個品種仍結出了許多種子，在繼續該實驗的五代中，這些水稻的耐寒能力一直在保持。

這些水稻只用了三代就獲得了耐寒能力，讓研究團隊倍感驚訝，因為這一速度比通過自然選擇來獲得適應環境能力的速度要快得多。研究團隊只花費了4 年時間做出了這一發現，但他們花費了更多時間來確認水稻的這些變化的穩定性。

為了排除這種適應性變化是由于耐寒相關 DNA 序列變化所致的可能性，研究團隊對這些水稻以及那些未受低溫處理且未獲得相同耐寒性的水稻進行了基因組測序，結果沒有發現這些水稻出現任何可能有助于耐寒性的基因差異。

既然 DNA 序列層面沒有變化，研究團隊開始尋找這些水稻是否存在表觀遺傳差異。結果顯示，與不耐寒的水稻品種相比，這些耐寒水稻的一個特定基因（研究團隊將其命名為獲得性耐寒性-1基因，簡稱ACT1） 存在差異，其 DNA 序列并沒有任何改變，而是其 啟動子區域的 DNA 甲基化水平更低。

研究團隊進一步證實，對于在正常溫度下生長的水稻，降低

ACT1

從機制上來說，寒冷抑制了甲基轉移酶 MET1b，導致

ACT1

ACT1

接下來，研究團隊在全國各地的 131 個水稻品種中尋找

ACT1

ACT1

ACT1

ACT1

該研究的核心發現：

• 在水稻繁殖期間反復遭受寒冷脅迫可誘導產生可遺傳的耐寒性；

• 寒冷誘導的

  ACT1

  基因 DNA 去甲基化介導了耐寒性的獲得；

• ACT1

  DNA 甲基化的天然改變導致 Dof1 結合的差異；

• 低甲基化

  ACT1

  表觀等位基因增強水稻對高緯度地區的適應性。

總的來說，這項研究揭示了環境誘導的表觀遺傳突變可以不依賴持續脅迫而穩定遺傳，并賦予適應性優勢，為拉馬克的“獲得性遺傳”理論提供了分子水平的直接證據。這超越了傳統達爾文進化論框架，為理解適應性進化提供了新范式。同時，該研究創建了“逆境馴化-表型篩選-突變鑒定-精準編輯”的作物定向抗逆育種新思路，為應對全球氣候變化下的農業生產挑戰提供了創新性解決方案。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00506-9