水稻专家对生物钟调控水稻抽穗期机制提出新解析

水稻专家对生物钟调控水稻抽穗期机制提出新解析

3月19日，水稻所孙昌辉/邓晓建团队与中科院遗传发育所储成才研究团队合作，在国际著名期刊《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）上在线发表了题为《双重功能的生物钟基因OsLHY调控水稻抽穗期的日长临界点》（Dual function of clock component OsLHY sets critical day length for photoperiodic flowering in rice”）的研究论文。该研究发现，水稻生物钟基因OsLHY在不同日照长度下具备提早和延迟抽穗的双重功能，并通过OsGI-Hd1途径精准调控导致功能转换的日长临界点。该研究是两个团队继2012年联合发表Plant Cell文章（Sun et al, 2012）后的重要合作进展。

开花是植物从营养生长到生殖生长的转换过程，是植物最重要的生命进程之一。生物钟作为一种内在的时钟设定机制，使植物可以精准感知日照长度变化（光周期）和季节变换，以在适宜的时间诱导开花。水稻的开花时间也称为抽穗期，是决定品种种植地区与种植季节的重要农艺性状。该研究从一个抽穗期延迟的水稻突变体入手，克隆到生物钟核心元件LHY在水稻中的同源基因OsLHY，并利用多种方法验证了该基因的功能。研究发现，突变体oslhy的生物钟运转出现了紊乱，说明OsLHY也是水稻生物钟的必备组件。有趣的是，OsLHY在不同日照长度下出现了功能反转的现象，突变体oslhy在≥12 h日照长度下抽穗延迟，而在≤11 h日照长度下抽穗提早。基因表达分析和一系列生化实验表明，OsLHY蛋白可以直接结合在另一个抽穗期基因OsGI的启动子上，通过OsGI-Hd1途径调控抽穗期。遗传分析显示，在突变体oslhy中敲除OsGI后，OsLHY功能反转的日长临界点延长到了13.5 h，说明OsLHY对日长临界点的设定依赖于OsGI基因；双突变体oslhy hd1在多个日长条件下均表现出与单突变体hd1相同的抽穗期，表明OsLHY的双重功能完全依赖于Hd1。适宜的抽穗期是水稻高产稳产的保障，该研究阐明了生物钟与光周期之间一种新的调节机制，对于指导针对水稻抽穗期的分子育种和跨地区引种，根据种植区域日照长度培育相应抽穗期的水稻品种都具有重要意义。

水稻所邓晓建教授、孙昌辉副教授和中科院遗传发育所储成才研究员为该论文通讯作者。我校孙昌辉副教授，博士生张宽，硕士毕业生周怡、杨川鹏、王秋霞为论文的共同第一作者，中科院东北地理与农业生态研究所方军研究员也参与了研究工作。该研究受到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13580

（撰稿：孙昌辉 审稿：吴先军 水稻所）