浙江大学周明研究组揭示茉莉酸调控水稻当天开闭颖过程的基因调控网络

近日，浙江大学生命科学学院周明研究员课题组

该研究组发现并证明茉莉酸信号转导通路中的关键转录因子OsMYC2是调控水稻颖花当天开闭颖（DFOC）的核心调控开关。水稻的开花期是生殖发育的关键阶段，涉及颖花当天的开闭颖（DFOC）、花药开裂和花粉释放等过程，这些过程对胚珠受精和籽粒灌浆至关重要。水稻作为全球超半数人口的主粮作物，其生殖成功高度依赖于颖花当天的开闭颖。一方面，颖花开放使柱头和花药暴露，促进花粉传递与接收；同步化的颖花开放也是高效杂交制种的前提。另一方面，颖花闭合能保证正常授粉和种子发育，未闭合的颖花常常表现为子房发育异常和结实率低下。这可能是由于柱头暴露于干燥或不良环境导致花粉失活或花粉管生长受阻，最终引发受精失败。因此，颖花当天的开闭颖是影响谷物产量和育种效率的关键农艺性状。

该研究组对两个粳稻品种的浆片进行了高时间分辨率的转录组分析，以解析水稻颖花当天开闭颖（DFOC）的调控网络。通过差异表达基因（DEGs）分析，发现了两个品种共有的保守基因，这些基因主要与茉莉酸（JA）信号响应和细胞壁重塑相关。结合DNA亲和纯化测序（DAP-seq）数据，研究者们构建了由bHLH类转录因子OsMYC2介导的核心调控网络，该网络主导了水稻颖花当天开闭颖（DFOC）的调控过程（图1）。

图1. OsMYC2靶向基因鉴定及其调控当天开闭颖（DFOC）网络的构建

在网络中，研究人员筛选到了2个调控水稻颖花当天开闭颖的关键基因OsXTR1和OsAOC。通过ChIP-qPCR、酵母单杂、Dual-LUC和遗传敲除等实验,证明OsMYC2直接激活OsXTR1和OsAOC的表达（图2）。其中，遗传实验表明OsXTR1基因的功能缺失会导致颖花当天开颖后无法闭合，证明其在细胞壁动态变化与激素调控间起到关键桥梁作用。而茉莉酸生物合成基因——丙二烯氧化物环化酶OsAOC则通过OsMYC2介导的正反馈循环机制参与花颖开闭的调控。

图2 OsXTR1和OsAOC受OsMYC2介导调控水稻DFOC行为

此外，该研究还整合了本研究测序产生的RNA-seq、DAP-seq数据及已发表的水稻开闭颖相关的公开数据，构建了首个水稻颖花开放-闭合行为的多组学数据库RiceDFOC，为水稻颖花当日开闭颖行为研究领域提供了表型数据、多组学数据、共表达网络、转录因子信息及基因组浏览器等交互式访问平台。为提升数据挖掘效率，平台嵌入了10种专业分析工具（包括GO富集分析、Blast比对、KEGG富集分析等），支持用户进行交互式数据分析。RiceDFOC数据库的建立为水稻开闭颖研究提供了系统化的数据资源和分析平台，对促进杂交水稻育种效率提升具有重要应用价值。

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-025-3032-x