首頁(yè) 資訊分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究組在水稻開(kāi)花機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展

分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究組在水稻開(kāi)花機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年06月01日 07:22

　　2023年8月30日，The Plant Cell期刊在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究組完成的題為“WD40 domain-containing protein Ehd5 positively regulates flowering in rice (Oryza sativa)”的研究論文。該論文報(bào)道了一個(gè)最新克隆的水稻抽穗期相關(guān)基因Ehd5，通過(guò)影響開(kāi)花基因Ehd1，Hd3a/RFT1的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)水稻開(kāi)花。

　　抽穗期是水稻（Oryza sativa）重要的農(nóng)藝性狀之一，受外界環(huán)境和自身遺傳因素共同影響，決定著水稻的種植區(qū)域和季節(jié)適應(yīng)性。水稻作為一種典型的短日照植物，光周期途徑是調(diào)控其抽穗的關(guān)鍵途徑。近年來(lái)，已有多個(gè)光周期相關(guān)基因被克隆，這些基因共同形成以O(shè)sGI-Hd1-Hd3a 通路和Ghd7-Ehd1-Hd3a/RFT1 通路為核心的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在一定程度上解釋了水稻抽穗期變化的分子機(jī)制。但由于抽穗期的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，目前仍有一些相關(guān)基因和調(diào)控機(jī)理未被揭示。本研究利用遺傳學(xué)和分子生物學(xué)方法，克隆了一個(gè)新的抽穗期相關(guān)基因Ehd5（Early heading date 5），并對(duì)其基因功能進(jìn)行解析，進(jìn)一步完善了抽穗期分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為培育適應(yīng)性更廣的水稻品種提供了科學(xué)依據(jù)。

　　本研究通過(guò)對(duì)日本東北地區(qū)粳稻‘Tohoku IL9’（O. sativa ssp. Japonica）進(jìn)行γ射線誘變處理，獲得了抽穗期相關(guān)突變體，該突變體表現(xiàn)為抽穗延遲、粒型變細(xì)長(zhǎng)、單株產(chǎn)量降低等表型。利用突變體與野生型雜交構(gòu)建的F2 群體，進(jìn)行分離群體混合池測(cè)序分析，同時(shí)結(jié)合兩個(gè)親本全基因組高覆蓋測(cè)序的比對(duì)結(jié)果，獲得了候選位點(diǎn)。將候選基因進(jìn)行遺傳互補(bǔ)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，最終鑒定到了抽穗期相關(guān)基因Ehd5。來(lái)自突變體的Ehd5 基因外顯子上發(fā)生4 個(gè)堿基的缺失，造成移碼突變，轉(zhuǎn)錄和翻譯提前終止。此外，在互補(bǔ)和過(guò)表達(dá)植株中，抽穗期、粒型、單株產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀都得到了恢復(fù)，證實(shí)了該基因能夠促進(jìn)水稻開(kāi)花和產(chǎn)量的提高。

　　對(duì)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和RT-qPCR 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，Ehd5 的表達(dá)受光周期的誘導(dǎo)，具有晝夜節(jié)律性，其基因功能缺失會(huì)造成成花素基因Hd3a/RFT1 和重要的光信號(hào)整合因子Ehd1 表達(dá)量顯著降低，進(jìn)而導(dǎo)致抽穗期推遲。同時(shí)，酵母雙雜實(shí)驗(yàn)、BiFC 實(shí)驗(yàn)及LCI 實(shí)驗(yàn)證明Ehd5 和Ghd8 之間存在蛋白互作，Ehd5-Ghd8復(fù)合體和Ghd8-Ghd7復(fù)合體之間存在著相互抑制的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合效應(yīng)，因此Ehd5 可以通過(guò)抑制Ghd8-Ghd7復(fù)合體的形成來(lái)促進(jìn)下游Ehd1、Hd3a/RFT1基因的表達(dá)。蛋白功能預(yù)測(cè)顯示Ehd5 編碼一個(gè)在真核生物中高度保守的WD40 domain 重復(fù)蛋白，定位在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上。結(jié)合WGCNA 分析，初步推測(cè)此蛋白可能行使與跨膜運(yùn)輸相關(guān)的生物學(xué)功能。此外，利用酵母雙雜交、BiFC 等實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了Ehd5 和抽穗期相關(guān)因子Roc4 存在蛋白水平上的互作；利用基因編輯技術(shù)構(gòu)建了roc4 單突和ehd5 roc4 雙突材料，證明了Ehd5-Roc4 復(fù)合體可促進(jìn)Ehd1、Hd3a/RFT1 基因的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)抽穗。

　　基于基因互作和功能解析結(jié)果，本研究提出了一個(gè)水稻抽穗期基因調(diào)控模型：Ehd5 和Roc4 互作時(shí)，Ehd5 蛋白從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，Ehd5-Roc4 復(fù)合體定位于細(xì)胞核，共同調(diào)控下游抽穗期基因的表達(dá)；而Ehd5 和Ghd8 互作時(shí)，Ghd8 蛋白從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移至胞質(zhì)內(nèi)，抑制了Ghd8-Ghd7復(fù)合體在細(xì)胞核內(nèi)的形成，導(dǎo)致該蛋白復(fù)合體無(wú)法發(fā)揮抑制作用，Ehd1、Hd3a/RFT1 表達(dá)量增加，抽穗提前。

　　中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究組的博士研究生張雪寧以及正高級(jí)工程師馮旗博士是論文的共同第一作者。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究員、王子軒研究員以及馮旗正高級(jí)工程師為共同通訊作者。上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃學(xué)輝教授等參與了該項(xiàng)研究。該研究工作得到中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)B、國(guó)家自然科學(xué)基金委和上海市科技興農(nóng)項(xiàng)目的資助。

　　文章鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad223/7256094?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=plcell&utm_medium=email