Nature Commun丨华南农业大学沈荣鑫/王海洋团队揭示籼粳稻每日开花时间差异的遗传基础

杂交稻育种是农业育种史上的伟大突破，杂交稻的利用为全球粮食安全做出巨大贡献。但目前我国的杂交稻多为籼稻亚种内杂交品种，由于杂交亲本遗传关系近，其产量潜力挖掘已趋极限，是导致近20年来我国水稻产量停滞不前主要原因之一。籼稻和粳稻是亚洲栽培稻在驯化过程中产生的明显分化的两个亚种，亚种间杂交具有强大的杂种优势，预期产量可较目前广泛种植的籼/籼杂交稻进一步提高15-30%左右。然而，由于籼粳稻每日开花时间（Diurnal floret opening time，DFOT）不一致，配制杂交种时父母本花时不遇，导致籼粳杂交制种产量低，严重影响了籼粳亚种间强杂种优势的利用。目前，尚未克隆出调控籼粳花时差异的基因，关于籼粳花时差异的遗传基础和分子机制基本不清楚。因此，挖掘籼粳花时差异的关键调控基因，克服籼粳花时不遇难题，对于推动籼粳杂交稻的进一步发展具有重要意义。

近日，华南农业大学沈荣鑫/王海洋团队在国际权威期刊Nature Communications上发表了题为Natural variation in OsMYB8 confers diurnal floret opening time divergence between indica and japonica subspecies的研究论文，揭示了籼粳稻每日开花时间差异的遗传基础。

该研究通过对籼粳稻开花过程中不同时间点的浆片（调控水稻颖花开闭的关键结构）比较转录组分析，鉴定出一个R2R3-MYB转录因子OsMYB8作为调控籼粳DFOT差异的关键调控因子。利用CRISPR/Cas9基因编辑和转基因技术创制了Osmyb8突变体和OsMYB8高表达材料，验证了OsMYB8正调控水稻花时的生物学功能。通过生物化学、分子生物学、遗传学等手段解析了OsMYB8-OsJAR1分子模块通过影响浆片中活性茉莉酸类物质JA-Ile的含量，进而促进颖花开放的分子调控网络。进一步利用群体遗传学分析了OsMYB8在水稻驯化过程中选择分化规律与籼粳分化特征，并发现籼粳型OsMYB8启动子上6个SNPs的自然变异导致了籼稻浆片中OsMYB8表达更高，进而促进OsJAR1的表达使得JA-Ile的积累更高，花时更早，最终导致籼粳花时不遇。在此基础上，研究还挖掘了OsMYB8早花时优良单倍型，并通过回交转育导入到不同粳稻品种，均能显著早粳稻花时，有望克服籼粳杂种花时不遇的关键瓶颈问题。

因此，该研究首次揭示了一个籼粳分化的OsMYB8-OsJAR1分子模块通过调控籼粳浆片JA含量差异，进而调控籼粳稻花时差异的分子机理；同时，挖掘了早花时优良单倍型并改良粳稻花时。研究结果对于深入理解籼粳稻开颖习性和物种分化等生物学问题具有重要的理论价值，也可为改良水稻花时以及解决籼粳杂交制种难的瓶颈问题提供理论指导和基因资源。

图7 籼型OsMYB8改良粳稻花时

华南农业大学沈荣鑫副教授和王海洋教授为论文通讯作者，华南农业大学博士研究生苟亚军和衡月芹副教授为论文共同第一作者。广东省农业科学院水稻研究所周德贵副研究员，中国种子集团有限公司叶荣建博士参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金创新群体项目、海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46579-z