华中农大揭示水稻适应长日照抽穗的分子机制

近日，植物学领域著名杂志《Plant Cell》在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室吴昌银教授课题组的题为“The E3 ubiquitin ligase HAF1 modulates circadian accumulation of EARLY FLOWERING 3 to control heading date under long-day conditions in rice”的研究论文，通过蛋白泛素化调节系统解析了水稻适应长日照条件抽穗的分子机制。

水稻作为重要的粮食作物和单子叶植物基因组研究的模式植物，抽穗期决定了品种的季节和地区适应性，是影响水稻产量的重要因素之一。课题组前期鉴定了一个具有RING finger 结构域的泛素连接酶HAF1，解析了HAF1通过降解其底物Hd1在短日照条件调控水稻抽穗期的分子机制（Yang et al., 2015 Plant Cell）。然而，HAF1是如何介导蛋白降解从而使水稻适应长日照抽穗的分子机制并不清楚。

吴昌银课题组前期研究发现，OsELF3作为一个生物钟基因，它的昼夜表达相位是影响水稻长日条件下抽穗期的关键因素（Yang et al., 2013 Molecular Plant）。该课题组通过蛋白互作实验发现HAF1与长日照调控水稻抽穗期的关键基因OsELF3相互作用。体外泛素化和体内蛋白降解实验证明，HAF1通过26S蛋白酶复合体降解OsELF3，从而调节OsELF3蛋白昼夜节律性累积。进一步研究发现，OsELF3与HAF1互作的区段存在单个氨基酸的变异，该氨基酸的变异在水稻品种的地域分布中受到选择。带有OsELF3(L)的粳稻品种分布在高纬度地区，而OsELF3(S)的粳稻品种则分布在低纬度地区。野生稻和大多数籼稻品种为OsELF3(S)类型，OsELF3(S)蛋白不与HAF1互作，它的降解可能受到其它因子的调控。这些结果揭示了水稻抽穗期蛋白节律性调控可能存在品种间的多样性，为水稻抽穗期分子设计育种提供了理论指导。

论文的第一作者是作物遗传改良国家重点实验室的博士研究生朱春梅，通讯作者为吴昌银教授。水稻团队谢为博教授、欧阳亦聃教授和练兴明教授也参与了该研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。