生命科学学院周海/庄楚雄/刘振兰团队揭示OsMYC2-JA反馈环通过细胞壁松弛调控水稻日间开花时间的机制

来源单位及审核人:生命科学学院 周海 编辑:李彦华审核发布:曾子焉 发布时间:2024-07-10

  生命科学学院周海/庄楚雄/刘振兰团队继前不久在Plant Biotechnology Journal上发表关于利用茉莉酸(JA)途径改造水稻日间开花时间(花时)论文后,近日,又在The Plant Journal上发表了题为“The OsMYC2–JA feedback loop regulates diurnal flower-opening time via cell wall loosening in rice”的论文,揭示JA调控水稻花时新机制。

  50年来,我国的杂交育种主要是指籼稻亚种内不同品种间的杂交,但由于籼稻品种间遗传多样性的限制,其产量突破陷入瓶颈。而籼粳亚种间的杂交表现出更强的杂种优势,具有在籼稻品种间杂交基础上再增产30%的潜力。然而籼、粳稻日间开花时间(一天中何时开花,简称“花时”)不同,粳稻一般比籼稻晚开花2小时左右,严重影响异交结实率和制种产量,这已经成为籼粳杂交育种发展的主要制约因素之一。

  周海/庄楚雄团队长期从事杂交水稻相关的分子机理研究,开展光温敏不育研究以解决两系杂交制种安全性差的问题和开展籼粳“花时不遇”研究以解决籼粳杂交制种产量低的问题。团队前期报道了细胞壁果胶甲基酯化程度调控水稻花时的研究(Wang et al., 2022)。该研究被认为翻开了水稻花时研究历史新的一页(Li and Ouyang, 2022),首次揭示了水稻日间开花时间调控的分子机制,同时对如何有效解决杂交制种实践中籼粳杂交亲本间“花时不遇”问题提出了有效的解决方法,做到了基础研究与生产实践需求的无缝对接(张光恒和钱前, 2022)。近期通过操控JA合成和信号通路的基因,培育了具有各种花时的粳稻,使籼粳杂交制种产量提高了2-3倍(Wang et al., 2024)。这些工作证实了JA在小花开放中的重要性,打破籼粳稻“花时不遇”生殖隔离,为创造亚种间杂交水稻做出贡献(Che et al., 2024)。

  前期发现,茉莉酸(JA)可以促进JA信号抑制因子OsJAZ9的降解,敲除OsJAZ9可以让粳稻提前1.5小时开花(Wang et al., 2024)。本研究发现OsJAZ9可以与JA信号途径核心转录因子OsMYC2互作,可能抑制其活性。过量表达OsMYC2可以让粳稻提前1.5小时开花,同时伴随内源茉莉酸含量增加。进一步的研究发现,OsMYC2可以直接调控JA合成基因OsAOS1、OsAOC、OsOPR7等的表达,过量表达OsOPR7可以让粳稻提前1小时开花,因此,OsMYC2与JA形成一个反馈环。同时,OsMYC2也可以直接调控细胞壁松弛基因OsGH9B13和OsGns11等的转录。而这些基因的表达提高可能导致浆片细胞壁变的更加松弛,促进了浆片的吸水膨胀,更早的推开颖壳,使日间开花时间提前。这些结果表明OsMYC2–JA反馈回路通过细胞壁重塑来调节水稻花时。这些发现有助于理解植物日间开花时间的调控机制,从而促进适合杂交水稻育种的籼稻和粳稻品种的开发。

OsMYC2-JA反馈环通过细胞壁松弛调控水稻日间开花时间

  周海研究员和刘振兰教授为该论文的通讯作者,博士生朱晓培、博士后王木妹、博士生黄震和陈明浩为论文的共同第一作者。庄楚雄研究员、张泽民研究员、赵均良研究员等对本研究提供了支持。本研究得到了广东省乡村振兴战略专项基金种子产业振兴项目、国家自然科学基金项目、广东省“十四五”农业科技创新十大重点项目、广东省基础与应用研究项目、岭南现代农业实验室项目和双一流学科推进项目的资助。

  相关论文信息:http://doi.org/10.1111/tpj.16910 



文图/生命科学学院

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