近日,，我校生命科學(xué)學(xué)院,、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室莊楚雄/周海團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant（實(shí)時(shí)影響因子超過(guò)20，生物學(xué)1區(qū)）期刊在線發(fā)表了題為“Methylesterification of cell wall pectin controls the diurnal flower opening times in rice”的論文（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205222001174）,。
花是重要的生殖器官,，開(kāi)花對(duì)異交授粉是至關(guān)重要的。植物一天中的開(kāi)花時(shí)間影響植物的生殖隔離,、雜交育種和耐熱性等多個(gè)重要過(guò)程,。不同的物種具有特定的開(kāi)花時(shí)間，有些物種在白天開(kāi)花,，有些在夜間開(kāi)花,，還有些物種存在周期性的開(kāi)閉，這與植物適應(yīng)環(huán)境有關(guān),。水稻雖然都在白天開(kāi)花,，但不同水稻品種一天中開(kāi)花時(shí)間卻有所不同，特別是秈粳稻之間存在明顯分化,。一般來(lái)說(shuō),，秈稻在早晨開(kāi)花，粳稻在接近中午或午后開(kāi)花,，因?yàn)檫@種花時(shí)不遇現(xiàn)象導(dǎo)致秈粳雜交制種產(chǎn)量極低,。
為了解決秈粳雜交制種產(chǎn)量低的問(wèn)題，我校莊楚雄研究員/周海研究員團(tuán)隊(duì)從轉(zhuǎn)錄組中篩選到一個(gè)在水稻漿片中特異性表達(dá)的基因DFOT1（Diurnal Flower Opening Time 1）,。該基因隨著開(kāi)花時(shí)間的臨近,，表達(dá)量逐漸上升，但在開(kāi)花時(shí)又馬上下降,。在粳稻品種中花11中敲除DFOT1（dfot1突變體）可以使中花11的開(kāi)花時(shí)間從11點(diǎn)提前到8:30,。DFOT1定位在細(xì)胞壁中,，包含一個(gè)DUF642結(jié)構(gòu)域，可以直接與果膠甲基酯酶基因家族（PME）多個(gè)成員相互作用,。在中花11中敲除PME40（pme40突變體）可以顯著促進(jìn)其提前開(kāi)花,，而過(guò)量表達(dá)PME42（PME42-OE）則延遲了一天中的開(kāi)花時(shí)間，dfot1突變體中過(guò)量表達(dá)PME42也可以延遲dfot1突變體的開(kāi)花時(shí)間,。這顯示DFOT1可以通過(guò)PME控制水稻一天中的開(kāi)花時(shí)間,。
果膠甲基酯酶活性測(cè)定和果膠甲基酯化免疫熒光分析顯示，DFOT1可以促進(jìn)PME的活性,，進(jìn)而降低了水稻開(kāi)花前漿片細(xì)胞壁中果膠的甲基酯化程度,，使細(xì)胞壁彈性系數(shù)增加、變硬,，進(jìn)而限制了漿片細(xì)胞的吸水膨脹,。DFOT1或PME40功能缺失則導(dǎo)致漿片細(xì)胞壁中果膠甲基酯酶活性下降，果膠甲基酯化程度升高,，導(dǎo)致細(xì)胞壁彈性系數(shù)升高,、變軟。軟化的細(xì)胞壁使得漿片細(xì)胞更容易吸水膨脹,，而膨大的漿片推開(kāi)了穎殼,，使水稻提前開(kāi)花。
圖1. DFOT1介導(dǎo)PME調(diào)控水稻一天中開(kāi)花時(shí)間的工作模型
DFOT1的5' UTR區(qū)域在秈粳之間存在一個(gè)明顯的分化,，并且這種分化可能與表達(dá)量相關(guān),，暗示可以通過(guò)將秈型DFOT1導(dǎo)入粳稻中促進(jìn)其在早晨開(kāi)花。在秈型晚開(kāi)花水稻和粳型不育系中敲除DFOT1都可以促進(jìn)它們開(kāi)花,，說(shuō)明該基因可以應(yīng)用于秈粳雜交育種中,，有可能提高秈粳雜交制種的產(chǎn)量。DFOT1在植物中高度保守,，而禾本科中的漿片與其它開(kāi)花植物中的花瓣在進(jìn)化上是保守的,，這暗示DFOT1通過(guò)調(diào)控細(xì)胞壁果膠甲基酯化控制一天中的開(kāi)花時(shí)間的作用機(jī)理是保守的,。
我校生命科學(xué)學(xué)院,、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室周海研究員為論文通訊作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀博士生王木妹,、劉明龍,，博士后彭國(guó)清和碩士研究生朱曉培為共同第一作者。莊楚雄/周海研究員團(tuán)隊(duì),、劉耀光院士團(tuán)隊(duì),、吳藹民教授團(tuán)隊(duì)、王少奎教授團(tuán)隊(duì),，廣西大學(xué)趙帥副教授和佛羅里達(dá)大學(xué)羅子良博士等對(duì)本研究提供了支持,。本研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的資助。（圖文/生命科學(xué)學(xué)院 周海）
