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    周海/莊楚雄團隊克隆系列日間開花時間基因實現秈粳雜交制種自由

    來源單位及審核人:生命科學學院 王海洪 編輯:李彥華審核發布:曾子焉 發布時間:2024-03-29瀏覽次數:11

      近日,生命科學學院周海/莊楚雄/劉振蘭團隊聯合廣東省農業科學院水稻研究所趙均良團隊在Plant Biotechnology Journal(生物學1區)上發表了題為“Controlling diurnal flower-opening time by manipulating the jasmonate pathway accelerates development of indica-japonica hybrid rice breeding”的論文。

      雜交稻顯著提高了水稻產量,但目前傳統的秈稻品種間雜交稻增產乏力,相比之下,秈粳亞種間雜交稻表現出更強的雜種優勢,具有在秈型雜交稻基礎上再增產30%的潛力。然而,由于亞種間差異,秈稻和粳稻品種日間開花時間(一天中何時開花,簡稱“花時”)不同步,嚴重影響了秈粳雜交稻的制種產量,增加了制種成本,成為目前秈粳雜交稻推廣的主要瓶頸之一。挖掘水稻花時調控基因和分子機制,可為改良并協調秈粳雜交稻親本花時,從而提高制種產量提供理論基礎和基因資源,對突破該瓶頸有重要價值。

      周海/莊楚雄團隊長期從事雜交水稻相關的分子機理研究,開展光溫敏不育研究以解決兩系雜交制種安全性差的問題,開展秈粳花時不遇研究以解決秈粳雜交制種產量低的問題。團隊前期報道了細胞壁果膠甲基酯化程度調控水稻日間開花時間的研究。該研究被認為翻開了水稻花時研究新的歷史一頁,首次揭示了水稻日間開花時間調控的分子機制,同時對如何有效解決雜交制種實踐中秈粳雜交親本間“花時不遇”問題提出了有效的解決方法,做到了基礎研究與生產實踐需求的無縫對接。

      本研究發現外源施加茉莉酸(JA)可以加速水稻日間開花,且開花數量與JA濃度呈正相關。進一步的研究發現:通過表達JA合成關鍵基因OsOPR7,敲除JA失活基因OsHAN1和JA信號途徑負調控因子OsJAZ7、OsJAZ9,分別使粳稻品種中花11提前1小時、2小時、50分鐘和1.5小時開花。分子機理研究表明,水稻臨近開花時,漿片中JA爆發性合成,可以促進漿片中細胞壁重塑基因的表達,從而影響漿片細胞壁的松弛程度,使漿片提前吸水膨脹,推開穎殼,實現提前開花。對上述材料的產量性狀統計發現,除了OsHAN1敲除突變體產量輕微下降(但不影響雜交稻的產量),其他材料的產量沒有顯著改變。最重要的是,論文作者通過對粳型不育系進行相關基因改造后使其花時提前,從而實現了與秈型父本日間開花時間重合,使得雜交制種結實率提高到改造前不育系制種結實率的2.86倍,極大的提高了秈粳雜交制種產量。相關成果已經申請4件國家發明專利。

      總之,該工作為秈粳雜交育種工作者提供了多個花時調控基因,探明了JA調控水稻花時的分子機制,可以根據需要在粳型不育系中使用不同的基因進行改良,以實現秈粳雜交制種自由,解決了秈粳雜交制種的瓶頸問題。

    過表達OsOPR7和敲除OsHAN1顯著提高秈粳雜交制種產量

      我校周海研究員和劉振蘭教授以及廣東省農業科學院水稻研究所趙均良研究員為該論文的通訊作者,華南農業大學-韶關學院博士后創新實踐基地博士后王木妹、博士生朱曉培為論文的共同第一作者。莊楚雄研究員、王應祥教授、陳彩艷研究員、王少奎教授對本研究提供了支持。本研究得到了國家自然科學基金項目、廣東省“十四五”農業科技創新十大重點項目、廣東省基礎與應用研究項目、嶺南現代農業實驗室項目和雙一流學科推進項目的資助。

      相關論文信息:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14343


    文圖/生命科學學院

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