東北地理所在調(diào)控水稻抽穗期基因研究中取得新進展
東北是我國優(yōu)質(zhì)粳稻主產(chǎn)區(qū)（占全國產(chǎn)量17%-18%），其長日照條件和有限積溫嚴重制約水稻品種的適應性。水稻的開花時間直接影響生物量積累與產(chǎn)量形成，早花導致營養(yǎng)生長期不足，晚花則受制于生育期限制。目前，盡管已建立較完善的抽穗期調(diào)控網(wǎng)絡，但利用東北主栽品種挖掘新的微效基因，解析其單體型特征和遺傳機制，對培育適應高寒地區(qū)的早熟高產(chǎn)新品種至關重要。
為此，東北地理所水稻分子育種團隊近年來圍繞水稻抽穗期調(diào)控研究和分子育種方面開展深入研究，團隊選用東北優(yōu)質(zhì)品種通禾899與優(yōu)良品系K4構(gòu)建遺傳群體，克隆了抽穗期候選基因JMJ720（JumonjiC720）。遺傳學實驗證實JMJ720負調(diào)控水稻開花，jmj720突變體表現(xiàn)為早熟不減產(chǎn)的特性（圖1A，B）。JMJ720具有H3K9me2去甲基化酶活性（圖1C），能與POH1互作，且POH1延遲開花的功能依賴于JMJ720。鑒于Hd1是POH1的直接靶基因，文章進一步探索了JMJ720與Hd1的關系，發(fā)現(xiàn)Hd1啟動子區(qū)域的H3K9me2修飾水平在jmj720突變體、jmj720 POH1 OE雙突變體中顯著上升（圖1D），且jmj720 hd1 poh1三突變體開花時間早于jmj720單突變體，與hd1單突變體抽穗期相似（圖1E），這些結(jié)果證實了Hd1位于JMJ720和POH1的下游。據(jù)此揭示了POH1-JMJ720-Hd1調(diào)控模式（圖1F）：在野生型植株中，POH1通過招募組蛋白去甲基化酶JMJ720降低Hd1位點的H3K9me2甲基化水平，從而增強Hd1表達并抑制開花。而在jmj720突變體中，Hd1位點的H3K9me2水平升高，阻礙了POH1介導的轉(zhuǎn)錄激活作用，導致Hd1表達量下降，最終表現(xiàn)為早花表型。該項研究首次揭示了組蛋白去甲基化酶JMJ720通過表觀遺傳修飾調(diào)控水稻開花的新機制，為破解東北寒地水稻“早熟與穩(wěn)產(chǎn)”矛盾提供了新的靶點。
相關研究成果近日以題為《JMJ720 regulates flowering time in rice via H3K9 demethylation of Hd1》發(fā)表于國際期刊Plant Biotechnology Journal。東北地理所水稻分子育種學科組李秀峰副研究員為第一作者，卜慶云研究員為通訊作者，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所宋顯偉研究員和朱家平博士也參與了該項工作。研究得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目等項目聯(lián)合資助。
圖1. JMJ720調(diào)控調(diào)控水稻開花的分子機制
論文信息：Xiufeng Li*,Jiaping Zhu,Xiaojie Tian,Yingxiang Liu,Jiaming Wei,Zhipeng Hong,Xin Jin,Chunxiao Chen,Zhenyu Wang,Jiaqi Tang,Xianwei Song,Qingyun Bu*. JMJ720 regulates flowering time in rice via H3K9 demethylation of Hd1,Plant Biotechnology Journal,2025,doi:10.1111/pbi.70206.
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