生命科學(xué)學(xué)院周海/莊楚雄/劉振蘭團(tuán)隊(duì)繼前不久在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表關(guān)于利用茉莉酸（JA）途徑改造水稻日間開(kāi)花時(shí)間（花時(shí)）論文后，近日，又在The Plant Journal上發(fā)表了題為“The OsMYC2–JA feedback loop regulates diurnal flower-opening time via cell wall loosening in rice”的論文，揭示JA調(diào)控水稻花時(shí)新機(jī)制。
50年來(lái)，我國(guó)的雜交育種主要是指秈稻亞種內(nèi)不同品種間的雜交，但由于秈稻品種間遺傳多樣性的限制，其產(chǎn)量突破陷入瓶頸。而秈粳亞種間的雜交表現(xiàn)出更強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，具有在秈稻品種間雜交基礎(chǔ)上再增產(chǎn)30%的潛力。然而秈、粳稻日間開(kāi)花時(shí)間（一天中何時(shí)開(kāi)花，簡(jiǎn)稱“花時(shí)”）不同，粳稻一般比秈稻晚開(kāi)花2小時(shí)左右，嚴(yán)重影響異交結(jié)實(shí)率和制種產(chǎn)量，這已經(jīng)成為秈粳雜交育種發(fā)展的主要制約因素之一。
周海/莊楚雄團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事雜交水稻相關(guān)的分子機(jī)理研究，開(kāi)展光溫敏不育研究以解決兩系雜交制種安全性差的問(wèn)題和開(kāi)展秈粳“花時(shí)不遇”研究以解決秈粳雜交制種產(chǎn)量低的問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)前期報(bào)道了細(xì)胞壁果膠甲基酯化程度調(diào)控水稻花時(shí)的研究（Wang et al., 2022）。該研究被認(rèn)為翻開(kāi)了水稻花時(shí)研究歷史新的一頁(yè)（Li and Ouyang, 2022），首次揭示了水稻日間開(kāi)花時(shí)間調(diào)控的分子機(jī)制，同時(shí)對(duì)如何有效解決雜交制種實(shí)踐中秈粳雜交親本間“花時(shí)不遇”問(wèn)題提出了有效的解決方法，做到了基礎(chǔ)研究與生產(chǎn)實(shí)踐需求的無(wú)縫對(duì)接（張光恒和錢(qián)前, 2022）。近期通過(guò)操控JA合成和信號(hào)通路的基因，培育了具有各種花時(shí)的粳稻，使秈粳雜交制種產(chǎn)量提高了2-3倍（Wang et al., 2024）。這些工作證實(shí)了JA在小花開(kāi)放中的重要性，打破秈粳稻“花時(shí)不遇”生殖隔離，為創(chuàng)造亞種間雜交水稻做出貢獻(xiàn)（Che et al., 2024）。
前期發(fā)現(xiàn)，茉莉酸（JA）可以促進(jìn)JA信號(hào)抑制因子OsJAZ9的降解，敲除OsJAZ9可以讓粳稻提前1.5小時(shí)開(kāi)花（Wang et al., 2024）。本研究發(fā)現(xiàn)OsJAZ9可以與JA信號(hào)途徑核心轉(zhuǎn)錄因子OsMYC2互作，可能抑制其活性。過(guò)量表達(dá)OsMYC2可以讓粳稻提前1.5小時(shí)開(kāi)花，同時(shí)伴隨內(nèi)源茉莉酸含量增加。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，OsMYC2可以直接調(diào)控JA合成基因OsAOS1、OsAOC、OsOPR7等的表達(dá)，過(guò)量表達(dá)OsOPR7可以讓粳稻提前1小時(shí)開(kāi)花，因此，OsMYC2與JA形成一個(gè)反饋環(huán)。同時(shí)，OsMYC2也可以直接調(diào)控細(xì)胞壁松弛基因OsGH9B13和OsGns11等的轉(zhuǎn)錄。而這些基因的表達(dá)提高可能導(dǎo)致漿片細(xì)胞壁變的更加松弛，促進(jìn)了漿片的吸水膨脹，更早的推開(kāi)穎殼，使日間開(kāi)花時(shí)間提前。這些結(jié)果表明OsMYC2–JA反饋回路通過(guò)細(xì)胞壁重塑來(lái)調(diào)節(jié)水稻花時(shí)。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解植物日間開(kāi)花時(shí)間的調(diào)控機(jī)制，從而促進(jìn)適合雜交水稻育種的秈稻和粳稻品種的開(kāi)發(fā)。
OsMYC2-JA反饋環(huán)通過(guò)細(xì)胞壁松弛調(diào)控水稻日間開(kāi)花時(shí)間
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)周海研究員和劉振蘭教授為該論文的通訊作者，博士生朱曉培、博士后王木妹、博士生黃震和陳明浩為論文的共同第一作者。莊楚雄研究員、張澤民研究員、趙均良研究員等對(duì)本研究提供了支持。本研究得到了廣東省鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略專項(xiàng)基金種子產(chǎn)業(yè)振興項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省“十四五”農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究項(xiàng)目、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和雙一流學(xué)科推進(jìn)項(xiàng)目的資助。
參考文獻(xiàn)：
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Zhu X, Wang M, Huang Z, Chen M, Xu P, Liao S, Gao Y, Zhao Y, Chen H, He J, Luo Y, Wei X, Zhu L, Liu C, Huang J, Zhao X, Zhao J, Zhang Z, Zhuang C, Liu Z, Zhou H. The OsMYC2-JA feedback loop regulates diurnal flower-opening time via cell wall loosening in rice. Plant J, 2024, doi: 10.1111/tpj.16910.
