華南農業大學生命科學學院周海/莊楚雄/劉振蘭團隊繼前不久在Plant Biotechnology Journal上發表關于利用茉莉酸（JA）途徑改造水稻日間開花時間（花時）論文后，近日，又在The Plant Journal上發表了題為“The OsMYC2–JA feedback loop regulates diurnal flower-opening time via cell wall loosening in rice”的論文，揭示JA調控水稻花時新機制。
50年來，我國的雜交育種主要是指秈稻亞種內不同品種間的雜交，但由于秈稻品種間遺傳多樣性的限制，其產量突破陷入瓶頸。而秈粳亞種間的雜交表現出更強的雜種優勢，具有在秈稻品種間雜交基礎上再增產30%的潛力。然而秈、粳稻日間開花時間（一天中何時開花，簡稱“花時”）不同，粳稻一般比秈稻晚開花2小時左右，嚴重影響異交結實率和制種產量，這已經成為秈粳雜交育種發展的主要制約因素之一。
周海/莊楚雄團隊長期從事雜交水稻相關的分子機理研究，開展光溫敏不育研究以解決兩系雜交制種安全性差的問題和開展秈粳“花時不遇”研究以解決秈粳雜交制種產量低的問題。團隊前期報道了細胞壁果膠甲基酯化程度調控水稻花時的研究（Wang et al., 2022）。該研究被認為翻開了水稻花時研究歷史新的一頁（Li and Ouyang, 2022），首次揭示了水稻日間開花時間調控的分子機制，同時對如何有效解決雜交制種實踐中秈粳雜交親本間“花時不遇”問題提出了有效的解決方法，做到了基礎研究與生產實踐需求的無縫對接（張光恒和錢前， 2022）。近期通過操控JA合成和信號通路的基因，培育了具有各種花時的粳稻，使秈粳雜交制種產量提高了2-3倍（Wang et al., 2024）。這些工作證實了JA在小花開放中的重要性，打破秈粳稻“花時不遇”生殖隔離，為創造亞種間雜交水稻做出貢獻（Che et al., 2024）。
前期發現，茉莉酸（JA）可以促進JA信號抑制因子OsJAZ9的降解，敲除OsJAZ9可以讓粳稻提前1.5小時開花（Wang et al., 2024）。本研究發現OsJAZ9可以與JA信號途徑核心轉錄因子OsMYC2互作，可能抑制其活性。過量表達OsMYC2可以讓粳稻提前1.5小時開花，同時伴隨內源茉莉酸含量增加。進一步的研究發現，OsMYC2可以直接調控JA合成基因OsAOS1、OsAOC、OsOPR7等的表達，過量表達OsOPR7可以讓粳稻提前1小時開花，因此，OsMYC2與JA形成一個反饋環。同時，OsMYC2也可以直接調控細胞壁松弛基因OsGH9B13和OsGns11等的轉錄。而這些基因的表達提高可能導致漿片細胞壁變的更加松弛，促進了漿片的吸水膨脹，更早的推開穎殼，使日間開花時間提前。這些結果表明OsMYC2–JA反饋回路通過細胞壁重塑來調節水稻花時。這些發現有助于理解植物日間開花時間的調控機制，從而促進適合雜交水稻育種的秈稻和粳稻品種的開發。
周海研究員和劉振蘭教授為該論文的通訊作者，博士生朱曉培、博士后王木妹、博士生黃震和陳明浩為論文的共同第一作者。莊楚雄研究員、張澤民研究員、趙均良研究員等對本研究提供了支持。本研究得到了廣東省鄉村振興戰略專項基金種子產業振興項目、國家自然科學基金項目、廣東省“十四五”農業科技創新十大重點項目、廣東省基礎與應用研究項目、嶺南現代農業實驗室項目和雙一流學科推進項目的資助。
相關論文信息：http://doi.org/10.1111/tpj.16910
日期：2024-07-20
50年來，我國的雜交育種主要是指秈稻亞種內不同品種間的雜交，但由于秈稻品種間遺傳多樣性的限制，其產量突破陷入瓶頸。而秈粳亞種間的雜交表現出更強的雜種優勢，具有在秈稻品種間雜交基礎上再增產30%的潛力。然而秈、粳稻日間開花時間（一天中何時開花，簡稱“花時”）不同，粳稻一般比秈稻晚開花2小時左右，嚴重影響異交結實率和制種產量，這已經成為秈粳雜交育種發展的主要制約因素之一。
周海/莊楚雄團隊長期從事雜交水稻相關的分子機理研究，開展光溫敏不育研究以解決兩系雜交制種安全性差的問題和開展秈粳“花時不遇”研究以解決秈粳雜交制種產量低的問題。團隊前期報道了細胞壁果膠甲基酯化程度調控水稻花時的研究（Wang et al., 2022）。該研究被認為翻開了水稻花時研究歷史新的一頁（Li and Ouyang, 2022），首次揭示了水稻日間開花時間調控的分子機制，同時對如何有效解決雜交制種實踐中秈粳雜交親本間“花時不遇”問題提出了有效的解決方法，做到了基礎研究與生產實踐需求的無縫對接（張光恒和錢前， 2022）。近期通過操控JA合成和信號通路的基因，培育了具有各種花時的粳稻，使秈粳雜交制種產量提高了2-3倍（Wang et al., 2024）。這些工作證實了JA在小花開放中的重要性，打破秈粳稻“花時不遇”生殖隔離，為創造亞種間雜交水稻做出貢獻（Che et al., 2024）。
前期發現，茉莉酸（JA）可以促進JA信號抑制因子OsJAZ9的降解，敲除OsJAZ9可以讓粳稻提前1.5小時開花（Wang et al., 2024）。本研究發現OsJAZ9可以與JA信號途徑核心轉錄因子OsMYC2互作，可能抑制其活性。過量表達OsMYC2可以讓粳稻提前1.5小時開花，同時伴隨內源茉莉酸含量增加。進一步的研究發現，OsMYC2可以直接調控JA合成基因OsAOS1、OsAOC、OsOPR7等的表達，過量表達OsOPR7可以讓粳稻提前1小時開花，因此，OsMYC2與JA形成一個反饋環。同時，OsMYC2也可以直接調控細胞壁松弛基因OsGH9B13和OsGns11等的轉錄。而這些基因的表達提高可能導致漿片細胞壁變的更加松弛，促進了漿片的吸水膨脹，更早的推開穎殼，使日間開花時間提前。這些結果表明OsMYC2–JA反饋回路通過細胞壁重塑來調節水稻花時。這些發現有助于理解植物日間開花時間的調控機制，從而促進適合雜交水稻育種的秈稻和粳稻品種的開發。
周海研究員和劉振蘭教授為該論文的通訊作者，博士生朱曉培、博士后王木妹、博士生黃震和陳明浩為論文的共同第一作者。莊楚雄研究員、張澤民研究員、趙均良研究員等對本研究提供了支持。本研究得到了廣東省鄉村振興戰略專項基金種子產業振興項目、國家自然科學基金項目、廣東省“十四五”農業科技創新十大重點項目、廣東省基礎與應用研究項目、嶺南現代農業實驗室項目和雙一流學科推進項目的資助。
相關論文信息：http://doi.org/10.1111/tpj.16910
日期：2024-07-20
