6月19日，萬建民院士團(tuán)隊(duì)在水稻抽穗期的調(diào)控上取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果“ELD1 mediates photoperiodic flowering via OsCCA1 alternative splicing and interacts with phytochrome signaling in rice”發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。
抽穗期是決定品種地區(qū)和季節(jié)適應(yīng)性的關(guān)鍵性狀，影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。挖掘新的抽穗期基因并解析其作用機(jī)制，對培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、廣適的水稻品種具有重要意義。水稻作為典型的短日照作物，其抽穗受光信號與內(nèi)源生物鐘系統(tǒng)的復(fù)雜調(diào)控，然而光信號如何整合至生物鐘網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制仍需深入探究。
本研究克隆到一個在長日照條件下特異性調(diào)控水稻抽穗的基因Early Flowering at Long Day 1 (ELD1)。該基因編碼呈核散斑定位的CCHC-type鋅指蛋白，其功能完全缺失會胚胎致死，但特定氨基酸點(diǎn)突變可顯著促進(jìn)抽穗而沒有明顯的農(nóng)藝性狀缺陷。研究發(fā)現(xiàn)，ELD1可與OsNKAP（哺乳動物NF-κB activating protein同源物）及多個核心mRNA剪接因子互作。全長轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，ELD1在全基因組范圍內(nèi)調(diào)控上千個基因的可變剪接，特別是在生物鐘核心基因OsCCA1上介導(dǎo)多個位點(diǎn)的剪接事件。分子與遺傳分析表明，ELD1主要通過 OsCCA1-Hd1通路影響水稻抽穗期。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ELD1可與活性形式的光敏色素phyB互作，參與紅光調(diào)控OsCCA1剪接的過程，揭示了光信號通過可變剪接調(diào)控生物鐘的分子機(jī)制。值得一提的是，長讀長測序顯示OsCCA1具有超過60種剪接異構(gòu)體，其功能差異和動態(tài)調(diào)控機(jī)制仍有待深入研究。
本研究不僅揭示了光信號調(diào)控水稻抽穗期的全新機(jī)制，且在分子育種上取得突破。利用堿基編輯技術(shù)對ELD1關(guān)鍵氨基酸進(jìn)行定點(diǎn)突變，在寧粳7號、寧粳4號等優(yōu)良品種背景下成功培育出早抽穗新種質(zhì)，為植物發(fā)育必需基因在育種中的應(yīng)用提供了新范式。
a-b：ELD1在長日照條件下抑制水稻抽穗。c：ELD1與剪接體核心組分互作。d-e：ELD1調(diào)控OsCCA1可變剪接。f：ELD1與OsCCA1，Hd1遺傳關(guān)系驗(yàn)證。g：ELD1調(diào)控水稻抽穗期的模式圖。
萬建民院士團(tuán)隊(duì)長期致力于水稻秈粳雜種優(yōu)勢利用研究，近年來在雜種不育、抽穗期和株型調(diào)控等方面取得系列重要進(jìn)展。本研究為解決秈粳雜交F1代超親遲熟問題提供了重要基因資源和理論支撐，對培育廣適性水稻新品種具有重要意義。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生蔡亮、郝本元為論文的共同第一作者，萬建民院士和周時榮教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、生物育種國家重大科技專項(xiàng)、生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室及江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
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