水稻是一種兼性短日植物(SDP),開花時間的調控途徑在擬南芥和水稻中是保守的,但是可在功能上進行修飾。Hd1是擬南芥CONSTANS (CO)的一個同源基因,是在長日照條件下抑制開花的一個關鍵調節因子,但是可在短日照條件下,通過影響成花素基因Hd3a的表達,促進開花。另一個關鍵的調節因子Ehd1是一個進化上獨特的基因,在擬南芥中沒有同源基因,短日照和長日照條件下,可促進水稻成花素基因Hd3a和RFT1,是一個開花激活因子。延伸閱讀:華中農大連發兩項水稻重要成果;中國科學家2篇Nature Genetics文章發布水稻研究重大成果。
近期,國際主流遺傳學期刊《PLOS Genetics》在線發表了中國農科院生物技術研究所的一項研究成果,在這項研究中,研究人員在水稻中分離和鑒定了開花調節因子HDR1。這些結果指出,轉錄調節因子Hd1,可依賴于光日照長度,控制水稻的開花時間。中國農科院生物技術研究所的路鐵剛、谷曉峰兩位研究員,是本文共同通訊作者。延伸閱讀:中國農業科學院著名水稻專家Nature子刊發表新成果。
植物能夠在適當的季節繁殖,這種能力使得它們能夠適應日照長度和溫度的環境變化,并需要對環境和內源信號進行精確的監測。這些外部和內部信號,是由一個復雜的調控網絡組成的。這一網絡可讓植物在不同的季節里,生長在不同的維度和高度。這一復雜網絡的基礎是,依賴于光周期控制開花過程。
通過光周期途徑調節植物開花時間的分子機制,已經在長日照植物擬南芥和短日照植物水稻中進行了廣泛的研究。在擬南芥中,GIGANTEA (GI)-CONSTANS (CO)-FLOWERING LOCUS T (FT)轉錄調控途徑已經進行了表征。GI將來自光感受器和生物鐘的信號進行整合,并作為一個轉錄調節因子,激活CO,這反過來又促進FT表達。FT的作用是成花素,并與SUPPRESSOR OF OVER-EXPRESSION OF CONSTANT 1 (SOC1)協調,促進開花。
在這項研究中,研究人員在水稻中分離和鑒定了開花調節因子HDR1。hdr1突變體在北京稻田的自然長日照條件、以及在溫室的長日照條件(而不是短日照)下,表現出早期開花的表型,從而表明HDR1可能通過光周期依賴性途徑,功能性地調節開花時間。HDR1編碼一個核蛋白,該蛋白在葉片和花器官中最為活躍,并表現出一種典型的晝夜表達模式。
研究人員認為,HDR1是一種新的開花抑制因子,可上調Hd1,下調Ehd1,從而導致長日照條件下Hd3a和RFT1的下調。研究人員進一步確定了一個HDR1相互作用激酶——OsK4,在長日照條件下水稻開花的另一個抑制因子。OsK4的作用跟HDR1相同,在長日照條件下通過上調Hd1和下調Ehd1,抑制開花。這些結果指出,轉錄調節因子Hd1,可依賴于光日照長度,控制水稻的開花時間。