《水稻光周期开花调控新机制:ELD1通过OsCCA1可变剪接与光敏色素信号互作调控开花时间》

  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2025-07-15
  •   研究人员发现水稻CCHC型锌指蛋白ELD1通过调控生物钟核心组分OsCCA1的可变剪接(AS),整合光信号与生物钟途径,负调控长日照条件下的开花时间。该研究揭示了ELD1-OsNKAP复合体与剪接因子互作调控全局AS的分子机制,并首次阐明光敏色素phyB通过光依赖方式调控ELD1的RNA结合活性。

        在植物生长发育过程中,开花时间的精确调控直接决定作物的地理适应性和产量。尽管已知光周期和生物钟系统共同调控开花,但光信号如何整合到生物钟机制中仍不完全清楚。水稻作为典型的短日照植物,其开花时间受保守的OsGI-Hd1-Hd3a/RFT途径和单子叶植物特有的Ehd1途径共同调控。然而,可变剪接(AS)这一重要转录后调控机制在光周期开花中的作用机制仍是未解之谜。

        江苏省农业科学院的研究团队通过EMS诱变筛选获得早花突变体eld1,发现其编码的CCHC型锌指蛋白ELD1能通过与OsNKAP(动物NF-kB激活蛋白的同源物)及核心剪接因子(U1-70K、U2AF65A/B)形成复合体,直接调控生物钟核心振荡器OsCCA1的可变剪接。研究采用全长度纳米孔RNA测序、酵母双杂交筛选、双分子荧光互补(BiFC)、RNA免疫沉淀(RIP-qPCR)等技术,结合CRISPR碱基编辑和田间表型分析,系统解析了ELD1的分子功能。

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    • 2024年2月9日,美国耶鲁大学分子细胞发育生物学系Joshua Gendron实验室在Science在线发表了题为Plants distinguish different photoperiods to independently control seasonal flowering and growth的研究论文。 光周期是季节变换中最稳定的外界环境信号,许多生物已经进化出光周期测量系统,以预测和适应与特定季节相关的生物和非生物变化。植物因其在特定季节开花而成为光周期研究的重要对象,对其分子机制已经研究的非常清楚。环境中的红光和蓝光被光受体感知后调控转录因子CONSTANS (CO)的稳定性,从而激活成花素 FLOWERING LOCUS T (FT) 的产生,促进植物开花。尽管对光周期开花的关注度很高,但研究显示植物的开花和生长都受光周期控制,且二者可以分开,并在一年中的不同时间段调控植物生长发育。例如,植物通常在长日照下生长迅速,但有些植物在短日照下可能更快地开花。然而,关于调控植物光周期生长的关键因子,包括光周期测量系统、细胞信号通路和光周期依赖的生长调节基因,我们都知之甚少。这种不足部分原因是由于缺乏与CO-FT途径相似的用于调控生长的遗传工具和标记物。 相对于短日照条件,拟南芥在长日照下生长更快。研究人员通过挖掘实验室构建的转录组数据库,寻找在长日照中诱导并且对植物正常生长至关重要的基因。鉴定到了一个植物用于产生肌醇的酶MYO-INOSITOL-1-PHOSPHATE SYNTHASE 1 (MIPS1),肌醇是控制生长各种重要过程所需的一种糖。研究发现MIPS1在长日照条件下被诱导高表达,而在短日照中不会。而且mips1突变植株在长日照下有生长缺陷,但在短日照下没有。因植物的光周期开花途径已经被阐明,因此研究人员测试了该生长突变体是否属于同一途径,结果发现mips1突变体并没有开花缺陷,这些实验表明光周期开花和生长在遗传上是可分的,并且控制开花的光周期测量系统并不控制光周期生长。 进一步的实验证明了MIPS1的表达和功能是由一套不同于CO-FT的光周期测量系统调节的(Metabolic Daylength Measurement System, MDLM),该系统与能量代谢相关并且受生物钟控制。这个植物光周期感知系统2021年由该实验室刘伟博士发现,被证明是植物短日照条件下生长所必需的。通过改变一天内不同时间段的光强度,证明了光周期生长和MIPS1功能是受MDLM系统调控,而开花则受到完全不同的绝对光周期控制,MIPS1表达和功能的发现表明了植物MDLM光周期感知系统对长日照和短日照的生长都起到重要作用。 综上所述,该研究发现植物能够测量自然界两种不同的光周期:植物的光感受器可以感知低强度光来测量绝对光周期,从而控制开花时间。与此同时,植物也可以感知较高强度光引起的光合作用周期(MDLM),以控制生长。开花时间和生长的独立调控使得植物能够协调季节性发育,以精确调节各种季节性生长发育的过程。
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    • 编译者:季雪婧
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