近日，我校生命科學學院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室莊楚雄/周海團隊在Molecular Plant（實時影響因子超過20，生物學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，開花對異交授粉是至關(guān)重要的。植物一天中的開花時間影響植物的生殖隔離、雜交育種和耐熱性等多個重要過程。不同的物種具有特定的開花時間，有些物種在白天開花，有些在夜間開花，還有些物種存在周期性的開閉，這與植物適應(yīng)環(huán)境有關(guān)。水稻雖然都在白天開花，但不同水稻品種一天中開花時間卻有所不同，特別是秈粳稻之間存在明顯分化。一般來說，秈稻在早晨開花，粳稻在接近中午或午后開花，因為這種花時不遇現(xiàn)象導致秈粳雜交制種產(chǎn)量極低。

　　為了解決秈粳雜交制種產(chǎn)量低的問題，我校莊楚雄研究員/周海研究員團隊從轉(zhuǎn)錄組中篩選到一個在水稻漿片中特異性表達的基因DFOT1（Diurnal Flower Opening Time 1）。該基因隨著開花時間的臨近，表達量逐漸上升，但在開花時又馬上下降。在粳稻品種中花11中敲除DFOT1（dfot1突變體）可以使中花11的開花時間從11點提前到8:30。DFOT1定位在細胞壁中，包含一個DUF642結(jié)構(gòu)域，可以直接與果膠甲基酯酶基因家族（PME）多個成員相互作用。在中花11中敲除PME40（pme40突變體）可以顯著促進其提前開花，而過量表達PME42（PME42-OE）則延遲了一天中的開花時間，dfot1突變體中過量表達PME42也可以延遲dfot1突變體的開花時間。這顯示DFOT1可以通過PME控制水稻一天中的開花時間。

　　果膠甲基酯酶活性測定和果膠甲基酯化免疫熒光分析顯示，DFOT1可以促進PME的活性，進而降低了水稻開花前漿片細胞壁中果膠的甲基酯化程度，使細胞壁彈性系數(shù)增加、變硬，進而限制了漿片細胞的吸水膨脹。DFOT1或PME40功能缺失則導致漿片細胞壁中果膠甲基酯酶活性下降，果膠甲基酯化程度升高，導致細胞壁彈性系數(shù)升高、變軟。軟化的細胞壁使得漿片細胞更容易吸水膨脹，而膨大的漿片推開了穎殼，使水稻提前開花。

圖1. DFOT1介導PME調(diào)控水稻一天中開花時間的工作模型

　　DFOT1的5' UTR區(qū)域在秈粳之間存在一個明顯的分化，并且這種分化可能與表達量相關(guān)，暗示可以通過將秈型DFOT1導入粳稻中促進其在早晨開花。在秈型晚開花水稻和粳型不育系中敲除DFOT1都可以促進它們開花，說明該基因可以應(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花植物中的花瓣在進化上是保守的，這暗示DFOT1通過調(diào)控細胞壁果膠甲基酯化控制一天中的開花時間的作用機理是保守的。

　　我校生命科學學院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室周海研究員為論文通訊作者，華南農(nóng)業(yè)大學在讀博士生王木妹、劉明龍，博士后彭國清和碩士研究生朱曉培為共同第一作者。莊楚雄/周海研究員團隊、劉耀光院士團隊、吳藹民教授團隊、王少奎教授團隊，廣西大學趙帥副教授和佛羅里達大學羅子良博士等對本研究提供了支持。本研究獲得國家自然科學基金創(chuàng)新群體項目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室項目的資助。（圖文/生命科學學院 周海）