刘耀光院士团队揭示水稻抽穗期感光性演变的分子机制
作者: 来源:亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室 浏览数:10 录入:2020-10-26

刘耀光院士团队揭示水稻抽穗期感光性演变的分子机制

 

20201022日,华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室刘耀光院士团队在New PhytologistIF8.512,中科院生物学一区)在线发表了题为Strong Photoperiod Sensitivity is Controlled by Cooperation and Competition among Hd1, Ghd7 and DTH8 in Rice Heading的研究论文

 


植物的感光性主要由长日与短日条件下的抽穗差异决定。水稻短日照植物,古老的水稻适应南方短日环境,具有强感光性,即在长日季节不抽穗,在短日季节才抽穗开花。在人工选择的作用下,许多现代水稻品种具有较弱感光性,可以在更高纬度地区(更长日长条件)种植而抽穗结实,使水稻适应于更广大区域的种植。以前的研究发现,水稻的抽穗期感光性涉及多个主效基因如Hd1Ghd7DTH8简称HGD)。然而这些基因是怎样协同调控抽穗期感光性的机制尚不清楚。

该研究从一份强感光的水稻材料的遗传分析入手,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,创建了相同遗传背景H, G, D不同功能组合的8基因型材料即三个基因都有功能的HGD,两个基因有功能的hGDHgDHdG基因功能的Hgd, hGd, hgD,和三基因都没有功能的hgd。在同一个生长季节观察了这些材料自然短日,人工短日和人工长日处理下的抽穗期感光性。发现无论日长如何,Hd1Hgd)单基因都促进抽穗,而Ghd7hGd)单基因抑制抽穗。然而长日下这些携带双基因或三基因组合的材料中存在基因间的分子互作,蛋白形成不同的抑制复合体,从而部分抑制(双基因)或完全沉默(三基因)Ehd1-Hd3a/RFT1开花通路产生不同程度的延迟抽穗或不抽穗。短日下Ghd7表达很低,Hd1原始促进作用抑制复合之间表现出竞争的关系,可以不同程度地促进抽穗。由此揭示出HGD三基因感光性最强,双基因组合感光性中等单基因和hgd感光性最弱的感光性规律。该研究发现,我国不同地域水稻品种的感光性强弱与这三个基因不同组合也符合这种对应关系:华南地区携带功能型HGD组合的部分农家品种(晚稻品种)具有强感光性,而早稻品种为非HGD组合具有较弱感光性;华中地区的部分粳稻品种携带HGD而有较强的感光性而华北和东北地区的水稻品种都是非HGD组合,只有弱感光性。研究构建了HGD三基因间的遗传互作与感光性演变的框架,有助于深入研究它们之间协作和竞争的分子调控机制,并且培育具有不同感光性适应不同区域种植的水稻新品种提供了理论依据


   (A) 8种基因型植株在人工短日ASD,自然短日(NSD)和人工长日(ALD)条件下的表型

        (B) 8种基因型植株在三种日长条件下的抽穗期(DTH感光指数mPSI

 

                   Hd1Ghd7DTH8间的遗传分子互作与感光性变化模型       

         

 

华南农业大学博士研究生宗伍辈和任丁为论文共同第一作者,郭晶心研究员和刘耀光院士为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发自然科学基的资助。

 

文章链接http://dx.doi.org/10.1111/nph.16946

 










 
 
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