分子植物:首次揭示植物一日开花时间调控的分子机制 助力籼粳杂交育种

来源：华南农业大学2022-04-27 12:00

华南农业大学庄楚雄/周海研究员从转录组中筛选出一个水稻纸浆特异表达的基因DFOT1。

近日，华南农业大学生命科学学院庄楚雄/周海团队、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科技广东实验室在分子植物中召开研讨会(实时20多，网上发表了一篇题为《细胞壁检测的甲酯验证控制水稻中的粗花开放次数》的论文(论文链接：https://www . Science direct.com/Science/article/pii/s 1674205222001174)。

花是重要的生殖器官，开花对异花授粉至关重要。植物一天中的开花时间影响许多重要过程，如生殖隔离和耐热性。不同的物种有特定的开花时间，有的物种在白天开花，有的在晚上开花，有的物种有周期性的开合，这与植物对环境的适应有关。虽然都是在白天开花，但是不同水稻品种在一天内的开花时间是不一样的，尤其是籼稻和粳稻之间。一般来说，籼稻在上午开花，粳稻在接近中午或下午开花，因为这种开花失败的现象导致籼粳制种产量极低。

为了解决籼粳杂交制种产量低的问题，华南农业大学庄楚雄研究员/周海研究员团队从转录组中筛选出了一个在水稻果肉中特异表达的DFOT1(昼夜开花时间1)。随着开花时间的临近，该基因的表达量逐渐增加，但在开花时立即下降。敲除粳稻品种中花11中的DFOT1(dfot1突变体)，可以使中花11的开花时间从11点提前到8:30。DFOT1位于细胞壁中，包含一个DUF642结构域，可以直接与果胶甲基酯酶基因家族(PME)的许多成员相互作用。在中花11中敲除PME40(pme40突变体)可以显著促进其早期开花，而过量表达PME42(PME42-OE)可以延迟一天的开花时间。PME42在dfot1突变体中的过表达也能延迟dfot1突变体的开花时间。这说明DFOT1可以通过PME控制水稻一天中的开花时间。

果胶酯酶活性的测定和果胶甲酯化的荧光分析表明，DFOT1能促进PME的活性，从而降低开花前水稻果肉细胞壁中果胶的甲酯化程度，增加细胞壁的弹性系数，使其变硬，从而限制果肉细胞的吸水膨胀。DFOT1或PME40功能丧失导致浆板细胞壁果胶甲酯酶活性降低，果胶甲酯化程度增加，细胞壁弹性系数和软化度增加。变软的细胞壁使疟原虫细胞更容易吸水膨胀，而膨胀的疟原虫推开颖壳，使水稻提前开花。

籼稻和粳稻在DFOT1基因的5’UTR区有明显的分化，这种分化可能与表达水平有关，提示籼稻DFOT1基因可以导入粳稻以促进其早晨开花。敲除籼型晚花水稻和粳型不育系中的DFOT1，可以促进其开花，表明该基因可以应用于籼粳杂交育种，有可能提高籼粳杂交制种产量。DFOT1在植物中高度保守，而禾本科植物的叶片与其他开花植物的花瓣在进化上是保守的，这表明DFOT1通过调节细胞壁果胶的甲基化来控制一天中开花时间的机制是保守的。

图一。dfot1介导的PME调节水稻一天开花时间的工作模式

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片及音视频资料，版权归100医学网网站所有。未经授权，任何媒体、网站、个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章均为转载文章。本网站所有转载文章都是为了传递更多信息。转载内容不代表本站立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户都在使用100医疗网APP随时阅读、评论、分享。请扫描二维码下载-