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孙昌辉博士 PBJ 文章:解析生物钟元件OsLHY精准调控水稻抽穗期日长临界点的分子机制 精选

已有 2962 次阅读 2021-3-24 09:44 |系统分类:科研笔记

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。

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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))(2)

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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

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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-qPCREMSA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,OsLHYoslhy 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OsLHYCDL的设定依赖于OsGIoslhy hd1突变体在11.5h13.5h14h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,OsLHYSDG724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:

1. Sun C*, Zhang K, Zhou Y, Xiang L, He C, Zhong C, Li K, Wang Q, Yang C, Wang Q, Chen C, Chen D, Wang Y, Liu C, Yang B, Wu H, Chen X, Li W, Wang J, Xu P, Wang P, Fang J, Chu C*, Deng X* (2021) Dual function of clock component OsLHY sets critical day length for photoperiodic flowering in rice. Plant Biotechnol. J. doi: 10.1111/pbi.13580.

2. Cao S*, Luo X, Xu D, Tian X, Song J, Xia X, Chu C, He Z* (2021) Genetic architecture underlying light and temperature mediated flowering in Arabidopsis, rice and temperate cerealsNew Phytol. doi: 10.1111/nph.17276.

3. Fang J*, Zhang F, Wang H, Wang W, Zhao F, Li Z, Sun C, Chen F, Xu F, Chang S, Wu L, Bu Q, Wang P, Xie J, Chen F, Huang X, Zhang Y, Zhu X, Han B, Deng X* and Chu C* (2019) Ef-cd locus shortens rice maturity duration without yield penalty. Proc Natl Acad Sci U S A 116: 18717-18722.

4. Wang W, Hu B, Yuan D, Liu Y, Che R, Hu Y, Ou S, Zhang Z, Wang H, Li H, Jiang Z, Zhang Z, Gao X, Qiu Y, Meng X, Liu Y, Bai Y, Liang Y, Wang Y, Zhang L, Li L, Sodmergen, Jing H, Li J, and Chu C* (2018) Expression of the nitrate transporter OsNRT1.1A/OsNPF6.3 confers high yield and early maturation in rice. Plant Cell 30: 638-651.

5. Sun C, Chen D, Fang J, Wang P, Deng X* and Chu C* (2014) Understanding the genetic and epigenetic architecture in complex network of rice flowering pathways. Protein Cell 5: 889-898.

6. Sun C, Fang J, Zhao T, Xu B, Zhang F, Liu L, Tang J, Zhang G, Deng X, Chen F, Qian Q, Cao X and Chu C* (2012) The histone methyltransferase SDG724 mediates H3K36me2/3 deposition at MADS50 and RFT1 and promotes flowering in rice. Plant Cell 24: 3235-3247.

7. 孙昌辉,方军,邓晓建,储成才(2007)高等植物开花转换研究进展. 遗传,29: 1182-1190.



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