中科院东北地理所卜庆云团队发现水稻抽穗期调控新基因——JMJ720

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北作为我国优质粳稻主产区（占全国产量17%-18%），其长日照条件和有限积温严重制约品种适应性。研究发现，水稻开花时间直接影响生物量积累与产量形成——早花导致营养生长期不足，晚花则受制于生育期限制。目前，尽管已建立较完善的抽穗期调控网络，但利用东北主栽品种挖掘新的微效基因，解析其单体型特征和遗传机制，对培育适应高寒地区的早熟高产新品种至关重要。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所卜庆云研究员团队在Plant Biotechnology Journal上发表了题为JMJ720 regulates flowering time in rice via H3K9 demethylation of Hd1的研究论文。该研究鉴定并证明JMJ720通过组蛋白去甲基化修饰负调控水稻开花，首次揭示了组蛋白去甲基化酶JMJ720通过表观遗传修饰调控水稻开花的机制，为破解东北寒地水稻“早熟与稳产”矛盾提供了新的靶点。

东北地理所水稻分子育种团队近年来一直从事水稻抽穗期调控研究和分子育种方面研究，团队选用东北优质品种通禾899（TH899）与优良品系K4（早花6.3天）构建遗传群体，克隆了抽穗期候选基因JMJ720（JumonjiC720），该基因属于水稻JmjC家族成员，其编码区在两个亲本间存在5个氨基酸的变异遗传。遗传学实验证实JMJ720负调控水稻开花，并影响光周期相关基因的表达，且jmj720突变体表现为早熟不减产的特性。JMJ720的表达具有光周期节律性，JMJ720蛋白定位于细胞核，具有H3K9me2去甲基化酶活性。

深入研究发现，JMJ720能与POH1互作，POH1过量表达延迟水稻开花，但在jmj720突变体背景下， POH1 过量表达延迟开花的功能丧失，说明POH1调控开花依赖于JMJ720。鉴于Hd1是POH1的直接靶基因，文章进一步探索了JMJ720与Hd1的关系，发现Hd1启动子区域的H3K9me2修饰水平在jmj720突变体、jmj720 POH1 OE 双突变体中显著上升，且jmj720 hd1 poh1三突变体开花时间早于jmj720单突变体（长日照7.7天，短日照2.0天），与hd1单突变体抽穗期相似，这些结果证实了Hd1位于JMJ720和POH1的下游。据此揭示了POH1-JMJ720-Hd1调控模式，在野生型植株中，POH1通过招募组蛋白去甲基化酶JMJ720降低Hd1位点的H3K9me2甲基化水平，从而增强Hd1表达并抑制开花。而在jmj720突变体中，Hd1位点的H3K9me2水平升高，阻碍了POH1介导的转录激活作用，导致Hd1表达量下降，最终表现为早花表型。该研究将为突破水稻“早熟与高产”的育种矛盾提供新思路，对保障国家粮食安全具有重要战略意义。

图1 JMJ720调控调控水稻开花的分子机制

中国科学院东北地理与农业生态研究所水稻分子育种学科组李秀峰副研究员为第一作者，卜庆云研究员为通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所宋显伟研究员和朱家平博士参与了该项工作。研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会项目等项目的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70206