华南农业大学周海/庄楚雄团队与合作者揭示茉莉酸调控每日开花时间的机理

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近日，华南农业大学周海/庄楚雄/刘振兰团队联合广东省农业科学院水稻研究所赵均良团队在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Controlling diurnal flower-opening time by manipulating the jasmonate pathway accelerates development of indica-japonica hybrid rice breeding”的论文，揭示了茉莉酸调控每日开花时间的机理。

高产一直是水稻育种的主要目标之一，杂交育种是提高水稻产量的有效途径。但由于籼稻品种间杂交稻受到亲本遗传多样性的限制，其产量很难进一步提高，而籼粳亚种间的杂交表现出更强的杂种优势，具有在籼稻品种间杂交基础上再增产30%的潜力。然而籼粳稻每日开花时间（一天中几点钟开花，简称“花时”）不同，粳稻一般比籼稻晚开花2小时左右，严重影响异交结实率和制种产量，这已经成为籼粳杂交育种发展的主要制约因素之一。

该研究发现，外源施加茉莉酸（MeJA）可以加速水稻每日开花，且开花数量在一定范围内与MeJA浓度呈正相关。不同时间点JA含量检测结果显示，水稻临近开花时，浆片中JA爆发性合成。RT-qPCR结果显示，JA信号途径基因OsOPR7、OsHAN1、OsJAZ7和OsJAZ9在中花11浆片中的表达量变化与开花时间有关，下午5:00-6:00的浆片中相对表达量较低，随着开花临近表达量逐渐升高，正在开花的浆片中相对表达量最高。进一步的研究发现，过表达JA合成关键基因OsOPR7，敲除JA失活基因OsHAN1和JA信号途径负调控因子OsJAZ7、OsJAZ9，分别使粳稻品种中花11提前1 小时、2 小时、50 分钟和1.5 小时开花，OsOPR7-OE和OsHAN1-CAS浆片中JA含量显著升高。分子机理研究表明，JA途径可以通过促进浆片中细胞壁重塑基因的表达，包括一些纤维素和半纤维素水解酶基因，进而影响浆片细胞壁中纤维素和半纤维素含量，导致浆片细胞壁变薄，促使浆片细胞壁松弛，加快浆片吸水膨胀，推开颖壳，实现水稻提前开花。

JA信号通路基因通过影响细胞壁结构进而调控水稻DFOT

该研究还通过在粳型温敏不育系GAZS中过量表达OsOPR7或敲除OsHAN1基因，分别获得花时提前1小时和1.5小时的早花时不育系GA-OPR7-OE和GA-OsHAN1-CAS，从而与籼型父本南桂占“花时相遇”，籼粳杂交制种结实率分别是改造前不育系制种结实率的1.85和2.86倍，极大的提高了籼粳杂交制种产量。这也说明亲本日间开花时间越接近，“花时相遇”时间越长，杂交制种产量越高。

总的来说，该工作探明了JA途径调控水稻花时的分子机制，同时，为籼粳杂交育种工作者提供了多个花时调控基因，可以根据需要在粳型不育系中使用不同的基因进行改良，以实现籼粳杂交制种自由，解决了籼粳杂交制种的瓶颈问题。

华南农业大学周海研究员和刘振兰教授以及广东省农业科学院水稻研究所赵均良研究员为该论文的通讯作者，华南农业大学博士后王木妹、博士生朱晓培为论文的共同第一作者。庄楚雄研究员、王应祥教授、陈彩艳研究员、王少奎教授等对本研究提供了支持。本研究得到了国家自然科学基金项目、广东省“十四五”农业科技创新十大重点项目、广东省基础与应用研究项目、岭南现代农业实验室项目和双一流学科推进项目的资助。

http://doi.org/10.1111/pbi.14343