四川农业大学水稻研究所邓晓建/孙昌辉与中科院遗传与发育研究所储成才共同揭示水稻生物钟组件参与调控光周...

2021年3月19日，Plant Biotechnology Journal在线发表了四川农业大学水稻研究所邓晓建研究员和孙昌辉副研究员（共同第一作者）以及中科院遗传与发育研究所研究员储成才为共同通讯的题为“Dual function of clock component OsLHY sets critical day length for photoperiodic flowering in rice”的研究论文，揭示了水稻生物钟组件OsLHY的双重功能，设定了水稻光周期开花的临界日长。

生物钟是一种内在的时间设定机制，负责生物生命活动的周期性节律，可使植物适应不稳定的光周期条件，并在适当的时机诱导开花。在拟南芥中，昼夜节律中心振荡器由一系列连锁转录反馈回路组成，但迄今为止对于水稻中的生物钟调控组件及其调节机制仍知之甚少。

本研究通过MutMap技术，从晚花突变体lem1（long vegetative phase 1 (lvp1) enhancer mutant 1）中鉴定出候选基因，MYB转录因子OsLHY，并通过遗传互补、RNA干扰敲降和CRISPR/Cas9敲除对该基因进一步证实。整体转录组谱和表达分析显示，OsLHY可能是昼夜节律的重要组件（图1）。

图1. OsLHY在水稻生物钟调节方面扮演重要角色

有意思的是，oslhy突变体在≥12 h日照长度条件下开花较晚，而在≤11 h日照时长下开花较早（图2），表明OsLHY根据不同的光周期，在水稻开花调控中发挥双功能作用。qRT-PCR结果显示，OsLHY可能通过OsGI-Hd1途径发挥功能。OsGI（OsGIGANTEA）和Hd1（Heading date 1）是水稻中关键的开花整合因子，分别是拟南芥GI和CO（CONSTANS）的同源物。

图2. OsLHY在开花中扮演双重功能

随后通过酵母单杂、DNA亲和纯化qPCR和电泳迁移率实验证实，OsLHY可直接与OsGI启动子上的CBS元件结合。此外，遗传分析发现，oslhy突变体中OsLHY功能逆转的临界日长（CDL，11 h~12 h）在oslhy osgi双重突变中延长（约13.5 h）（图3），表明由OsLHY对CDL的设定是OsGI依赖性的。

图3. WT和oslhy开花基因在14 h (a)和10 h (b)光照条件下的昼间表达

此外，进一步研究发现oslhy hd1双重突变体在约11.5 h、13.5 h和14 h的日照时长下的抽穗期与hd1单突相同，表明OsLHY的双功能作用完全依赖于Hd1（图4）。鉴于OsGI诱导OsLHY表达，这说明OsLHY可能和OsGI形成转录反馈回路，通过精细调控HD1的节律表达来调节光周期开花。

图4. oslhy osgi和oslhy hd1双重突变体的抽穗期

总之，本研究表明水稻OsLHY可通过直接靶向OsGI来精细调控临界日长，而Hd1充当OsLHY下游临界日长的末端效应因子。该研究阐明了昼夜节律与光周期开花之间存在特殊的新型调节机制。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13580