上海交大林文慧研究组揭示GATA转录因子OsGATA6调控水稻抽穗期和穗粒数的多功能机制
发布时间 :2022-06-09  阅读次数 :1214

抽穗期、穗型和籽粒大小是影响水稻产量的重要农艺性状。迄今为止,尽管已在抽穗期和穗发育调控机制方面取得了许多重要研究进展,但目前仅鉴定出少数同时调控多个农艺性状的多功能基因。

近日,Journal of Experimental Botany在线发表了欧宝在线直播林文慧研究组题为“OsGATA6 regulates rice heading date and grain number per panicle”的研究论文,该研究鉴定出一个新的GATA转录因子OsGATA6,同时影响水稻抽穗期、穗粒数和籽粒大小;过表达OsGATA6通过增加穗粒数提高了籽粒产量,这为提高水稻产量的育种计划提供了又一潜在靶标。欧宝在线直播助理研究员张燕洁为论文第一作者,林文慧研究员为该论文的通讯作者。

GATA家族蛋白是一类广泛存在于动物、真菌和植物中的转录调控因子,可识别靶基因保守的WGATAR基序,并参与器官分化和发育的调控。该研究组之前研究发现,GATA转录因子整合光和油菜素内酯信号通路,调节油菜素内酯介导的生长调控,并影响株型和粒型;在单细胞转录组图谱和染色质可及性图谱方面的合作研究也发现了一个新的GATA转录因子OsGATA6(LOC_Os01g54210),参与水稻根尖基本和维管组织的发育。在此基础上,进一步对OsGATA6在水稻生殖生长方面的功能进行了探讨。

表达模式分析显示,OsGATA6在水稻中组成型表达,且在幼叶和穗中高量表达。原位杂交分析发现,OsGATA6特异性定位于穗原基的表层细胞。通过OsGATA6过表达、amiRNA干扰表达以及CRISPR-Cas9基因编辑进行功能鉴定,结果显示OsGATA6的过表达导致水稻抽穗延迟,粒数增加,籽粒减小;而其干扰沉默表达则与之相反,表明OsGATA6负调控抽穗期,但正调控穗发育,并影响籽粒大小(OsGATA6表达水平与粒重呈负相关)。

图1.野生型(ZH11)、OsGATA6过表达和敲降及其CRISPR-cas9株系的抽穗期

图2.野生型(ZH11)、OsGATA6过表达和敲降及其CRISPR-cas9株系的每穗粒数

经基因表达水平检测发现,OsGATA6通过调节抽穗期相关基因的转录来调控水稻抽穗,尤其是抽穗前叶片中的核心成花素基因RICE FLOWERING LOCUS T 1(RFT1)和Heading date 3a(Hd3a),OsGATA6过表达系显示RFT1和Hd3a表达的降低。已知OsMFT1正调控抽穗期和穗粒数,其在amiRNA株系中显示下调。进一步分析发现,OsGATA6可直接与OsMFT1的启动子结合并诱导其表达,从而发挥抽穗期和穗发育调控功能。另外,OsGATA6在拟南芥中的过表达导致AtFT(FLOWERING LOCUS T)表达受抑制且开花延迟,AtFT与RFT1和Hd3a高度同源,这表明OsGATA6在水稻和拟南芥中的调控机制相似。

图3.OsGATA6调控水稻抽穗期和每穗粒数的工作模型

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟研究员,上海交通大学农业与生物学院薛红卫教授,香港中文大学生命科学学院何军贤教授参与了此项研究。此项工作得到了国家自然科学基金,农业部转基因生物新品种培育科技重大专项重点项目,国家重大科学研究计划,NSFC-RGC合作研究项目等经费支持。

 

论文链接:

javascript:;