近日，華南農業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室和嶺南現代農業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗室莊楚雄/周海團隊在Molecular Plant（實(shí)時(shí)影響因子超過(guò)20，生物學(xué)1區）期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“Methylesterification of cell wall pectin controls the diurnal flower opening times in rice”的論文（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205222001174）。

 

　　花是重要的生殖器官，開(kāi)花對異交授粉是至關(guān)重要的。植物一天中的開(kāi)花時(shí)間影響植物的生殖隔離、雜交育種和耐熱性等多個(gè)重要過(guò)程。不同的物種具有特定的開(kāi)花時(shí)間，有些物種在白天開(kāi)花，有些在夜間開(kāi)花，還有些物種存在周期性的開(kāi)閉，這與植物適應環(huán)境有關(guān)。水稻雖然都在白天開(kāi)花，但不同水稻品種一天中開(kāi)花時(shí)間卻有所不同，特別是秈粳稻之間存在明顯分化。一般來(lái)說(shuō)，秈稻在早晨開(kāi)花，粳稻在接近中午或午后開(kāi)花，因為這種花時(shí)不遇現象導致秈粳雜交制種產(chǎn)量極低。

 

　　為了解決秈粳雜交制種產(chǎn)量低的問(wèn)題，華南農業(yè)大學(xué)莊楚雄研究員/周海研究員團隊從轉錄組中篩選到一個(gè)在水稻漿片中特異性表達的基因DFOT1（Diurnal Flower Opening Time 1）。該基因隨著(zhù)開(kāi)花時(shí)間的臨近，表達量逐漸上升，但在開(kāi)花時(shí)又馬上下降。在粳稻品種中花11中敲除DFOT1（dfot1突變體）可以使中花11的開(kāi)花時(shí)間從11點(diǎn)提前到8:30。DFOT1定位在細胞壁中，包含一個(gè)DUF642結構域，可以直接與果膠甲基酯酶基因家族（PME）多個(gè)成員相互作用。在中花11中敲除PME40（pme40突變體）可以顯著(zhù)促進(jìn)其提前開(kāi)花，而過(guò)量表達PME42（PME42-OE）則延遲了一天中的開(kāi)花時(shí)間，dfot1突變體中過(guò)量表達PME42也可以延遲dfot1突變體的開(kāi)花時(shí)間。這顯示DFOT1可以通過(guò)PME控制水稻一天中的開(kāi)花時(shí)間。

 

　　果膠甲基酯酶活性測定和果膠甲基酯化免疫熒光分析顯示，DFOT1可以促進(jìn)PME的活性，進(jìn)而降低了水稻開(kāi)花前漿片細胞壁中果膠的甲基酯化程度，使細胞壁彈性系數增加、變硬，進(jìn)而限制了漿片細胞的吸水膨脹。DFOT1或PME40功能缺失則導致漿片細胞壁中果膠甲基酯酶活性下降，果膠甲基酯化程度升高，導致細胞壁彈性系數升高、變軟。軟化的細胞壁使得漿片細胞更容易吸水膨脹，而膨大的漿片推開(kāi)了穎殼，使水稻提前開(kāi)花。

 

　　DFOT1的5' UTR區域在秈粳之間存在一個(gè)明顯的分化，并且這種分化可能與表達量相關(guān)，暗示可以通過(guò)將秈型DFOT1導入粳稻中促進(jìn)其在早晨開(kāi)花。在秈型晚開(kāi)花水稻和粳型不育系中敲除DFOT1都可以促進(jìn)它們開(kāi)花，說(shuō)明該基因可以應用于秈粳雜交育種中，有可能提高秈粳雜交制種的產(chǎn)量。DFOT1在植物中高度保守，而禾本科中的漿片與其它開(kāi)花植物中的花瓣在進(jìn)化上是保守的，這暗示DFOT1通過(guò)調控細胞壁果膠甲基酯化控制一天中的開(kāi)花時(shí)間的作用機理是保守的。

 

　　華南農業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室和嶺南現代農業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗室周海研究員為論文通訊作者，華南農業(yè)大學(xué)在讀博士生王木妹、劉明龍，博士后彭國清和碩士研究生朱曉培為共同第一作者。莊楚雄/周海研究員團隊、劉耀光院士團隊、吳藹民教授團隊、王少奎教授團隊，廣西大學(xué)趙帥副教授和佛羅里達大學(xué)羅子良博士等對本研究提供了支持。本研究獲得國家自然科學(xué)基金創(chuàng )新群體項目、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目和嶺南現代農業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗室項目的資助。