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植物所科研人員發現生物鐘協調水稻抽穗期和鹽脅迫適應的新機制

  鹽脅迫是影響水稻等糧食作物產量的主要非生物脅迫因子之一。近年來,由于不合理的農業灌溉及全球氣候變暖所致的海水倒灌,導致土壤鹽堿化問題日益嚴重。挖掘耐鹽高產的水稻品種,有助于擴大水稻的種植面積,提高作物產量。植物生物鐘可以感知并整合外界環境信號,在調節植物生長發育以及脅迫響應的過程中起到關鍵作用,然而生物鐘如何協調鹽脅迫和開花時間的作用機制仍不清楚。 

  中科院植物所王雷研究組發現生物鐘組分OsELF4a (Oryza sativa EARLY FLOWERING 4a)與OsELF3-1(Oryza sativa EARLY FLOWERING 3-1)及OsLUX(Oryza sativa LUX ARRHYTHMO)在細胞核中互作組成轉錄抑制復合物OsEC1,并進一步解析了OsEC1協調水稻開花和耐鹽性的分子機理。研究人員發現OsELF4aOsELF3-1以及OsLUX的功能缺失突變體都表現出鹽敏感和晚花的表型。轉錄組數據分析結合分子生物學實驗證據表明,OsGIOryza sativa GIGANTEA)是OsEC1的直接靶基因,其表達水平在時間維度受到OsEC1的抑制。相應地,在多個遺傳背景下基因編輯獲得的osgi功能喪失突變體均表現出耐鹽性提高并在長日照條件下抽穗期提前的表型。此外,osgi突變體的轉錄組數據表明OsGI除了通過已知的Hd1-Hd3a信號通路調控水稻抽穗期以外,還影響多個編碼Na+和K+離子通道的基因的轉錄水平。綜上,該研究提出了生物鐘OsEC1-OsGI轉錄模塊協調水稻耐鹽性和抽穗期調控的機制,研究結果對于培育耐鹽且抽穗期提前的水稻品種具有重要的理論意義,并提供了相關種質資源。 

  該研究成果8月16日在線發表于國際學術期刊Plant, Cell & Environment,相關基因在調控水稻耐鹽性方面的應用也已經申請了國家專利。植物所在讀博士研究生王希嶺和何雨晴為論文共同第一作者,研究員王雷為本文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和國家重點研發計劃等項目的資助。 

  文章鏈接:https://doi.org/10.1111/pce.14167 

  (分子生理實驗室供稿)

  OsEC1協調水稻耐鹽性和抽穗期的工作模型 

水稻OsELF3-1蛋白作為橋梁連接OsELF4a與OsLUX的互作,形成轉錄抑制復合體OsEC1。其中,OsLUX作為轉錄因子可直接結合在OsGI的啟動子上,從而抑制其表達。OsGI一方面通過促進OsHKT2;1/2;3/2;4等編碼鈉、鉀離子轉運蛋白的基因表達,導致細胞內鈉離子以及活性氧積累,從而負調控鹽脅迫響應;另一方面則通過OsGI-Hd1-Hd3a信號通路參與水稻抽穗期的調控。此外,在水稻抽穗期調控方面,OsEC1還可能獨立于OsGI,通過影響OsPRR73以及Hd1的表達共同決定水稻的抽穗期。LD:長日照;SD:短日照。

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