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2021年3月19日,四川农业大学孙昌辉/邓晓建团队与我们合作在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“Dual function of clock component OsLHY sets critical day length for photoperiodic flowering in rice”的研究论文。
开花是植物从营养生长到生殖生长的转换过程,是植物最重要的生命进程之一。生物钟作为一种内在的时钟设定机制,使植物可以精准感受和预测日长变化(光周期)(图1)作为可靠的季节线索,以在适宜的时间诱导开花。在水稻开花调控途径中,生物钟与光周期之间的调控关系仍有待探明。
图1 海南陵水和成都两地日照长度变化曲线
我们发现,在水稻开花期调控途径中,生物钟基因OsLHY根据日长不同而具有正负双重功能,并通过OsGI-Hd1途径精准调控抽穗期日长临界点(导致OsLHY功能发生正负转换的日长点(11~12h之间)叫做日长临界点(critical day length, CDL))(图2)。
图2 OsLHY具有双重功能
孙昌辉博士从一个晚抽穗突变体入手,通过MutMap方法克隆了突变基因,发现突变基因编码拟南芥生物钟核心元件LHY的同源基因OsLHY。通过包括遗传互补、RNAi和CRISPR/Cas9基因编辑等技术验证了该基因的功能。转录组和定量分析表明,OsLHY也是水稻生物钟核心组件。有意思的是,oslhy突变体在≥12h日长条件下晚花,而在≤11 h日长条件下早花(图3)。
图3 OsLHY精准调控水稻抽穗期的日长临界点
qRT-PCR结果显示,OsLHY可能通过OsGI-Hd1途径调控抽穗期。酵母双杂、体外DAP-qPCR和EMSA等试验表明,OsLHY蛋白可以直接结合OsGI启动子上的CBS元件。遗传分析显示,OsLHY在oslhy osgi双突变体中仍具有双重功能,但CDL延长到了13.5小时,说明OsLHY对CDL的设定依赖于OsGI;oslhy hd1双突变体在11.5h、13.5h和14h的日长条件下均表现出与hd1相同的抽穗期,暗示了OsLHY双重功能完全依赖于Hd1。该研究阐明了生物钟与光周期之间一种新的调节机制,为培育广适性水稻品种提供了理论支撑。
早在2012年,孙昌辉博士就揭示了水稻组蛋白甲基化转移酶SDG724调控水稻生育期的分子机制(Plant Cell, 2012)。通过遗传诱变筛选SDG724在抽穗期途径的互作基因发现,OsLHY与SDG724对抽穗期具有加性效应,二者调控信号汇集于Ehd1,最终影响抽穗期。
该项目得到了国家自然科学基金等项目的资助。
课题组发表开花调控相关文章:
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