上海交大林文慧研究組揭示GATA轉(zhuǎn)錄因子OsGATA6調(diào)控水稻抽穗期和穗粒數(shù)的多功能機(jī)制
抽穗期、穗型和籽粒大小是影響水稻產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀。迄今為止，盡管已在抽穗期和穗發(fā)育調(diào)控機(jī)制方面取得了許多重要研究進(jìn)展，但目前僅鑒定出少數(shù)同時(shí)調(diào)控多個農(nóng)藝性狀的多功能基因。
近日，Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究組題為“OsGATA6?regulates rice heading date and grain number per panicle”的研究論文，該研究鑒定出一個新的GATA轉(zhuǎn)錄因子OsGATA6，同時(shí)影響水稻抽穗期、穗粒數(shù)和籽粒大小；過表達(dá)OsGATA6通過增加穗粒數(shù)提高了籽粒產(chǎn)量，這為提高水稻產(chǎn)量的育種計(jì)劃提供了又一潛在靶標(biāo)。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院助理研究員張燕潔為論文第一作者，林文慧研究員為該論文的通訊作者。
GATA家族蛋白是一類廣泛存在于動物、真菌和植物中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，可識別靶基因保守的WGATAR基序，并參與器官分化和發(fā)育的調(diào)控。該研究組之前研究發(fā)現(xiàn)，GATA轉(zhuǎn)錄因子整合光和油菜素內(nèi)酯信號通路，調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯介導(dǎo)的生長調(diào)控，并影響株型和粒型；在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜和染色質(zhì)可及性圖譜方面的合作研究也發(fā)現(xiàn)了一個新的GATA轉(zhuǎn)錄因子OsGATA6(LOC_Os01g54210)，參與水稻根尖基本和維管組織的發(fā)育。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對OsGATA6在水稻生殖生長方面的功能進(jìn)行了探討。
表達(dá)模式分析顯示，OsGATA6在水稻中組成型表達(dá)，且在幼葉和穗中高量表達(dá)。原位雜交分析發(fā)現(xiàn)，OsGATA6特異性定位于穗原基的表層細(xì)胞。通過OsGATA6過表達(dá)、amiRNA干擾表達(dá)以及CRISPR-Cas9基因編輯進(jìn)行功能鑒定，結(jié)果顯示OsGATA6的過表達(dá)導(dǎo)致水稻抽穗延遲，粒數(shù)增加，籽粒減??；而其干擾沉默表達(dá)則與之相反，表明OsGATA6負(fù)調(diào)控抽穗期，但正調(diào)控穗發(fā)育，并影響籽粒大?。∣sGATA6表達(dá)水平與粒重呈負(fù)相關(guān)）。
圖1.野生型(ZH11)、OsGATA6過表達(dá)和敲降及其CRISPR-cas9株系的抽穗期
圖2.野生型(ZH11)、OsGATA6過表達(dá)和敲降及其CRISPR-cas9株系的每穗粒數(shù)
經(jīng)基因表達(dá)水平檢測發(fā)現(xiàn)，OsGATA6通過調(diào)節(jié)抽穗期相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄來調(diào)控水稻抽穗，尤其是抽穗前葉片中的核心成花素基因RICE FLOWERING LOCUS T 1（RFT1）和Heading date 3a（Hd3a），OsGATA6過表達(dá)系顯示RFT1和Hd3a表達(dá)的降低。已知OsMFT1正調(diào)控抽穗期和穗粒數(shù)，其在amiRNA株系中顯示下調(diào)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，OsGATA6可直接與OsMFT1的啟動子結(jié)合并誘導(dǎo)其表達(dá)，從而發(fā)揮抽穗期和穗發(fā)育調(diào)控功能。另外，OsGATA6在擬南芥中的過表達(dá)導(dǎo)致AtFT（FLOWERING LOCUS T）表達(dá)受抑制且開花延遲，AtFT與RFT1和Hd3a高度同源，這表明OsGATA6在水稻和擬南芥中的調(diào)控機(jī)制相似。
圖3.OsGATA6調(diào)控水稻抽穗期和每穗粒數(shù)的工作模型
中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王佳偉研究員，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院薛紅衛(wèi)教授，香港中文大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院何軍賢教授參與了此項(xiàng)研究。此項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金，農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目，國家重大科學(xué)研究計(jì)劃，NSFC-RGC合作研究項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)支持。
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論文鏈接：
https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erac247/6602068?login=true
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