沈荣鑫/王海洋团队在籼粳稻每日开花时间差异调控方面取得重要进展

来源单位及审核人:编辑:李彦华审核发布:曾子焉 发布时间:2024-03-15

  3月14日,我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室沈荣鑫/王海洋团队在植物学权威期刊Nature Communications(影响因子16.6,综合性期刊一区)在线发表了题为“Natural variation in OsMYB8 confers diurnal floret opening time divergence between indica and japonica subspecies”的研究论文。该研究克隆了调控籼粳花时差异的关键基因OsMYB8,解析了OsMYB8-OsJAR1分子模块调控水稻花时的分子机制,并发现OsMYB8启动子的籼粳差异导致了籼粳开颖习性差异,首次揭示籼粳花时差异的遗传调控基础。在此基础上,利用杂交选育实现了粳稻花时的改良。研究成果在籼粳杂交育种方面具有重要价值。

  籼稻(Oryza sativa L. subsp. indica)和粳稻(Oryza sativa L.subsp. japonica)是亚洲栽培稻驯化过程中产生的明显分化的两个亚种,亚种间杂交具有强大的杂种优势,可以使水稻产量较现在广泛种植的亚种内杂交稻进一步提高15-30%左右。但是,籼稻每日开花时间(花时)早且集中,而粳稻开花晚且零散,导致籼粳杂交制种过程中父母本花时不遇,制种产量低,严重限制了籼粳杂交稻的发展和推广。由于花时调查困难且受外界环境因素的影响大,迄今为止还未克隆到调控籼粳花时差异的基因。

  浆片是位于水稻颖花内外稃和子房之间的一对形似肺状的特殊花器官,是控制颖花开闭最关键的结构。浆片吸水膨大推开内外稃,颖花开放;浆片失水萎缩使得内外稃重合,颖花闭合。籼稻TFB花时较粳稻ZH11早1-2h,其浆片吸水膨胀达到最大体积的时间较ZH11提前。通过对TFB和ZH11开花过程中不同时间点的浆片进行比较转录组分析,成功筛选到一个在籼粳浆片中差异表达的R2R3-MYB转录因子OsMYB8。OsMYB8在开花前1h的浆片中表达量最高,且在TFB中提前高表达。通过CRISPR-Cas9技术分别创制了ZH11背景(Osmyb8ZH)和TFB背景(Osmyb8TF)的Osmyb8突变体,Osmyb8突变体花时较野生型均延迟0.5-1h。提高ZH11浆片中的OsMYB8表达量可以使花时提前0.5-1h。利用OsMYB8的DAP-seq中直接结合的基因和Osmyb8突变体浆片RNA-seq中的显著差异基因进行重叠分析,筛选到OsMYB8的下游靶基因OsJAR1,其编码一个茉莉酸氨基酸合成酶,能够将JA与Ile结合生成有活性的茉莉酸类物质JA-Ile。OsMYB8可以直接结合OsJAR1的启动子并诱导其表达,影响浆片中JA-Ile的含量,从而调控影响细胞渗透压和细胞壁结构相关基因的表达,促进浆片吸水膨胀。在籼稻和粳稻的OsMYB8启动子上存在6个SNPs,导致籼型OsMYB8启动子活性较粳型更强,携带籼型OsMYB8的水稻开花前浆片中OsMYB8的表达水平和JA-Ile含量更高,花时更早。将TFB的OsMYB8导入至Osmyb8ZH突变体中,可以使其花时较ZH11提前0.5h。携带籼稻OsMYB8的近等基因系NILTFB和染色体片段代换系CSSL9311均较粳稻亲本早开花0.5h,且对水稻的生长和产量无明显负面影响。该研究首次揭示籼粳稻每日开花时间差异的遗传基础和演化规律,并为改良水稻花时提供了有效的基因资源,有助于推动籼粳杂交育种的发展。

  沈荣鑫副教授和王海洋教授为论文通讯作者,博士研究生苟亚军和衡月芹副教授为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金创新群体项目、海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目等项目的资助。

  论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-024-46579-z

文图/生命科学学院 沈荣鑫


返回原图
/