6月20日，記者從南京農(nóng)業(yè)大學獲悉，該校萬建民院士團隊在水稻抽穗期的調(diào)控上取得重要進展，相關(guān)成果于6月19日在《自然·通訊》（Nature Communications）上在線發(fā)表。

水稻抽穗期是決定品種地區(qū)和季節(jié)適應(yīng)性的關(guān)鍵性狀，影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。不同地區(qū)、不同季節(jié)的光照和溫度不同，水稻的“作息時間”也得跟著調(diào)整。所以，找到調(diào)控抽穗期的基因，就好比掌握了水稻生長的“遙控器”，對培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性強的水稻品種至關(guān)重要。

水稻是典型的“短日照愛好者”，它的抽穗時間，受光信號和體內(nèi)“生物鐘”的雙重控制。但光信號是如何“告訴”水稻體內(nèi)的“生物鐘”該調(diào)整時間的，一直是困擾科學家的謎題。

此次研究中，科學家克隆到一個在長日照條件下特異性調(diào)控水稻抽穗的基因Early Flowering at Long Day 1 (ELD1)。它編碼的 CCHC-type 鋅指蛋白專門負責“組裝”和“修理”基因。有趣的是，這個基因很特別：如果它完全“罷工”，水稻胚胎根本長不大；但只要對它的某個氨基酸“微調(diào)”一下，水稻就能早早抽穗，而且不會影響其他生長指標。

a-b：ELD1在長日照條件下抑制水稻抽穗；c：ELD1與剪接體核心組分互作；d-e：ELD1調(diào)控OsCCA1可變剪接；f：ELD1與OsCCA1，Hd1遺傳關(guān)系驗證；g：ELD1調(diào)控水稻抽穗期的模式圖

研究發(fā)現(xiàn)，ELD1可與OsNKAP（哺乳動物NF-κB activating protein同源物）及多個核心mRNA剪接因子互作。全長轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，ELD1在全基因組范圍內(nèi)調(diào)控上千個基因的可變剪接，特別是在生物鐘核心基因 OsCCA1 上介導多個位點的剪接事件。分子與遺傳分析表明，ELD1主要通過 OsCCA1-Hd1通路影響水稻抽穗期。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，ELD1還可與光敏色素phyB的活性形式互作，參與紅光調(diào)控OsCCA1剪接的過程，揭示了光信號通過可變剪接調(diào)控生物鐘的分子機制。值得一提的是，長讀長測序顯示OsCCA1具有超過60種剪接異構(gòu)體，其功能差異和動態(tài)調(diào)控機制仍有待深入研究。

本研究不僅揭示了光信號調(diào)控水稻抽穗期的全新機制，且在分子育種上取得突破。利用堿基編輯技術(shù)對ELD1關(guān)鍵氨基酸進行定點突變，在寧粳7號、寧粳4號等優(yōu)良品種背景下成功培育出早抽穗新種質(zhì)，為植物發(fā)育必需基因在育種中的應(yīng)用提供了新范式。

據(jù)悉，萬建民院士團隊長期致力于水稻秈粳雜種優(yōu)勢利用研究，近年來在雜種不育、抽穗期和株型調(diào)控等方面取得系列重要進展。本研究為解決秈粳雜交F1代超親遲熟問題提供了重要基因資源和理論支撐，對培育廣適性水稻新品種具有重要意義。

南京農(nóng)業(yè)大學博士研究生蔡亮、郝本元為論文的共同第一作者，萬建民院士和周時榮教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、生物育種國家重大科技專項、生物育種鐘山實驗室及江蘇省重點研發(fā)計劃等項目的資助。

【光明網(wǎng)】水稻“作息表”被破解！科學家發(fā)現(xiàn)調(diào)控抽穗期的關(guān)鍵基因

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