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)育調控機制方面取得了許多重要研究進展，但目前僅鑒定出少數(shù)同時調控多個農(nóng)藝性狀的多功能基因。

 

　　近日，Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了上海交通大學生命科學技術學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轉錄因子OsGATA6，同時影響水稻抽穗期、穗粒數(shù)和籽粒大?。贿^表達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)量的育種計劃提供了又一潛在靶標。上海交通大學生命科學技術學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、真菌和植物中的轉錄調控因子，可識別靶基因保守的WGATAR基序，并參與器官分化和發(fā)育的調控。該研究組之前研究發(fā)現(xiàn)，GATA轉錄因子整合光和油菜素內(nèi)酯信號通路，調節(jié)油菜素內(nèi)酯介導的生長調控，并影響株型和粒型；在單細胞轉錄組圖譜和染色質可及性圖譜方面的合作研究也發(fā)現(xiàn)了一個新的GATA轉錄因子OsGATA6（LOC_Os01g54210），參與水稻根尖基本和維管組織的發(fā)育。在此基礎上，進一步對OsGATA6在水稻生殖生長方面的功能進行了探討。

 

　　表達模式分析顯示，OsGATA6在水稻中組成型表達，且在幼葉和穗中高量表達。原位雜交分析發(fā)現(xiàn)，OsGATA6特異性定位于穗原基的表層細胞。通過OsGATA6過表達、amiRNA干擾表達以及CRISPR-Cas9基因編輯進行功能鑒定，結果顯示OsGATA6的過表達導致水稻抽穗延遲，粒數(shù)增加，籽粒減?。欢涓蓴_沉默表達則與之相反，表明OsGATA6負調控抽穗期，但正調控穗發(fā)育，并影響籽粒大小（OsGATA6表達水平與粒重呈負相關）。

 

　　經(jīng)基因表達水平檢測發(fā)現(xiàn)，OsGATA6通過調節(jié)抽穗期相關基因的轉錄來調控水稻抽穗，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過表達系顯示RFT1和Hd3a表達的降低。已知OsMFT1正調控抽穗期和穗粒數(shù)，其在amiRNA株系中顯示下調。進一步分析發(fā)現(xiàn)，OsGATA6可直接與OsMFT1的啟動子結合并誘導其表達，從而發(fā)揮抽穗期和穗發(fā)育調控功能。另外，OsGATA6在擬南芥中的過表達導致AtFT（FLOWERING LOCUS T）表達受抑制且開花延遲，AtFT與RFT1和Hd3a高度同源，這表明OsGATA6在水稻和擬南芥中的調控機制相似。

 

　　圖3.OsGATA6調控水稻抽穗期和每穗粒數(shù)的工作模型

 

　　中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王佳偉研究員，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院薛紅衛(wèi)教授，香港中文大學生命科學學院何軍賢教授參與了此項研究。此項工作得到了國家自然科學基金，農(nóng)業(yè)部轉基因生物新品種培育科技重大專項重點項目，國家重大科學研究計劃，NSFC-RGC合作研究項目等經(jīng)費支持。

 

　　論文鏈接：

 

　　https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erac247/6602068?login=true