3月14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)室沈榮鑫/王海洋團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)權(quán)威期刊Nature Communications（影響因子16.6，綜合性期刊一區(qū)）在線發(fā)表了題為“Natural variation in OsMYB8 confers diurnal floret opening time divergence between indica and japonica subspecies”的研究論文。該研究克隆了調(diào)控秈粳花時(shí)差異的關(guān)鍵基因OsMYB8，解析了OsMYB8-OsJAR1分子模塊調(diào)控水稻花時(shí)的分子機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)OsMYB8啟動(dòng)子的秈粳差異導(dǎo)致了秈粳開穎習(xí)性差異，首次揭示秈粳花時(shí)差異的遺傳調(diào)控基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，利用雜交選育實(shí)現(xiàn)了粳稻花時(shí)的改良。研究成果在秈粳雜交育種方面具有重要價(jià)值。
秈稻（Oryza sativa L. subsp. indica）和粳稻（Oryza sativa L.subsp. japonica）是亞洲栽培稻馴化過程中產(chǎn)生的明顯分化的兩個(gè)亞種，亞種間雜交具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢(shì)，可以使水稻產(chǎn)量較現(xiàn)在廣泛種植的亞種內(nèi)雜交稻進(jìn)一步提高15-30%左右。但是，秈稻每日開花時(shí)間（花時(shí)）早且集中，而粳稻開花晚且零散，導(dǎo)致秈粳雜交制種過程中父母本花時(shí)不遇，制種產(chǎn)量低，嚴(yán)重限制了秈粳雜交稻的發(fā)展和推廣。由于花時(shí)調(diào)查困難且受外界環(huán)境因素的影響大，迄今為止還未克隆到調(diào)控秈粳花時(shí)差異的基因。
漿片是位于水稻穎花內(nèi)外稃和子房之間的一對(duì)形似肺狀的特殊花器官，是控制穎花開閉最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)。漿片吸水膨大推開內(nèi)外稃，穎花開放；漿片失水萎縮使得內(nèi)外稃重合，穎花閉合。秈稻TFB花時(shí)較粳稻ZH11早1-2h，其漿片吸水膨脹達(dá)到最大體積的時(shí)間較ZH11提前。通過對(duì)TFB和ZH11開花過程中不同時(shí)間點(diǎn)的漿片進(jìn)行比較轉(zhuǎn)錄組分析，成功篩選到一個(gè)在秈粳漿片中差異表達(dá)的R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子OsMYB8。OsMYB8在開花前1h的漿片中表達(dá)量最高，且在TFB中提前高表達(dá)。通過CRISPR-Cas9技術(shù)分別創(chuàng)制了ZH11背景（Osmyb8ZH）和TFB背景（Osmyb8TF）的Osmyb8突變體，Osmyb8突變體花時(shí)較野生型均延遲0.5-1h。提高ZH11漿片中的OsMYB8表達(dá)量可以使花時(shí)提前0.5-1h。利用OsMYB8的DAP-seq中直接結(jié)合的基因和Osmyb8突變體漿片RNA-seq中的顯著差異基因進(jìn)行重疊分析，篩選到OsMYB8的下游靶基因OsJAR1，其編碼一個(gè)茉莉酸氨基酸合成酶，能夠?qū)A與Ile結(jié)合生成有活性的茉莉酸類物質(zhì)JA-Ile。OsMYB8可以直接結(jié)合OsJAR1的啟動(dòng)子并誘導(dǎo)其表達(dá)，影響漿片中JA-Ile的含量，從而調(diào)控影響細(xì)胞滲透壓和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)漿片吸水膨脹。在秈稻和粳稻的OsMYB8啟動(dòng)子上存在6個(gè)SNPs，導(dǎo)致秈型OsMYB8啟動(dòng)子活性較粳型更強(qiáng)，攜帶秈型OsMYB8的水稻開花前漿片中OsMYB8的表達(dá)水平和JA-Ile含量更高，花時(shí)更早。將TFB的OsMYB8導(dǎo)入至Osmyb8ZH突變體中，可以使其花時(shí)較ZH11提前0.5h。攜帶秈稻OsMYB8的近等基因系NILTFB和染色體片段代換系CSSL9311均較粳稻親本早開花0.5h，且對(duì)水稻的生長(zhǎng)和產(chǎn)量無明顯負(fù)面影響。該研究首次揭示秈粳稻每日開花時(shí)間差異的遺傳基礎(chǔ)和演化規(guī)律，并為改良水稻花時(shí)提供了有效的基因資源，有助于推動(dòng)秈粳雜交育種的發(fā)展。
沈榮鑫副教授和王海洋教授為論文通訊作者，博士研究生茍亞軍和衡月芹副教授為論文共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目、海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室揭榜掛帥項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46579-z
文圖/生命科學(xué)學(xué)院 沈榮鑫
