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储成才实验室在水稻长日照开花的调控机制研究上取得重要进展

  植物开花直接影响着植物能否正常的繁衍后代,并直接关系到农作物的产量。已有研究表明,开花素通过微管系统到达顶端分生组织,激活其他基因的表达,最终促使植物开花。水稻开花转换时间(即抽穗期)决定了水稻品种在不同区域的适应能力和水稻产量。因此,对水稻抽穗期调控基因的克隆和鉴定在揭示水稻开花调控机理和农业生产具有重要的理论和现实意义。

 

  水稻是一种短日照植物,然而处于长日照的东北三省却是中国水稻的主产区之一,北方水稻为什么在长日照下能够正常抽穗仍然是个谜。已有研究表明,水稻中存在两个编码开花素的基因,Hd3a和RFT1,Hd3a主要调控水稻在短日照条件下的开花,而RFT1则主要调控水稻在长日照条件下开花。已有结果表明,在短日照下,Hd3a的表达受多个因子调控从而控制水稻开花;但在长日照条件下,开花素RFT1是如何调控的仍不清楚。

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室储成才研究组通过对北方长日照条件下的适应性水稻品种突变体进行大规模筛选,获得一水稻晚花突变体lvp1。该突变体在长日照条件下使水稻开花期大为推迟,而在短日条件下变化不大。利用图位克隆法克隆该基因后发现,LVP1编码一个含有SET结构域的非常独特的组蛋白甲基转移酶SDG724。生化分析表明,LVP1/SDG724具有体内和体外组蛋白H3K36甲基转移酶活性。

 

  遗传学证据表明,LVP1/SDG724通过MADS50/MADS51-Ehd1-Hd3a/RFT1途径,促进水稻的开花。染色质免疫沉淀分析表明,相对于野生型,突变体lvp1中调控开花的关键基因之一MADS50和开花素基因RFT1位点的H3K36me2/3甲基化水平明显降低,这一结果表明,同源基因RFT1和Hd3a、MADS50和MADS51之所以具有不同的功能,与H3K36me2/3甲基化水平密切相关。

 

  这一研究首次报道了水稻组蛋白甲基转移酶SDG724通过表观遗传调控OsMADS50和长日照开花素基因RFT1的表达,进而调控水稻长日照开花途径。这一研究成果不仅在理论上揭示了水稻在长日照下开花的调控机制,也为北方水稻生育期适应性改良奠定了良好的基础。

 

  该研究结果已于2012年8月14日在线发表于国际主流杂志Plant Cell(DOI:10.1105/tpc.112.101436),储成才课题组孙昌辉博士和方军副研究员为论文的共同第一作者,该项研究得到了科技部、农业部和自然科学基金委项目的资助。