東北地理所在調控水稻抽穗期基因研究中取得新進展
東北是我國優質粳稻主產區（占全國產量17%-18%），其長日照條件和有限積溫嚴重制約水稻品種的適應性。水稻的開花時間直接影響生物量積累與產量形成，早花導致營養生長期不足，晚花則受制于生育期限制。目前，盡管已建立較完善的抽穗期調控網絡，但利用東北主栽品種挖掘新的微效基因，解析其單體型特征和遺傳機制，對培育適應高寒地區的早熟高產新品種至關重要。
為此，東北地理所水稻分子育種團隊近年來圍繞水稻抽穗期調控研究和分子育種方面開展深入研究，團隊選用東北優質品種通禾899與優良品系K4構建遺傳群體，克隆了抽穗期候選基因JMJ720（JumonjiC720）。遺傳學實驗證實JMJ720負調控水稻開花，jmj720突變體表現為早熟不減產的特性（圖1A，B）。JMJ720具有H3K9me2去甲基化酶活性（圖1C），能與POH1互作，且POH1延遲開花的功能依賴于JMJ720。鑒于Hd1是POH1的直接靶基因，文章進一步探索了JMJ720與Hd1的關系，發現Hd1啟動子區域的H3K9me2修飾水平在jmj720突變體、jmj720 POH1 OE雙突變體中顯著上升（圖1D），且jmj720 hd1 poh1三突變體開花時間早于jmj720單突變體，與hd1單突變體抽穗期相似（圖1E），這些結果證實了Hd1位于JMJ720和POH1的下游。據此揭示了POH1-JMJ720-Hd1調控模式（圖1F）：在野生型植株中，POH1通過招募組蛋白去甲基化酶JMJ720降低Hd1位點的H3K9me2甲基化水平，從而增強Hd1表達并抑制開花。而在jmj720突變體中，Hd1位點的H3K9me2水平升高，阻礙了POH1介導的轉錄激活作用，導致Hd1表達量下降，最終表現為早花表型。該項研究首次揭示了組蛋白去甲基化酶JMJ720通過表觀遺傳修飾調控水稻開花的新機制，為破解東北寒地水稻“早熟與穩產”矛盾提供了新的靶點。
相關研究成果近日以題為《JMJ720 regulates flowering time in rice via H3K9 demethylation of Hd1》發表于國際期刊Plant Biotechnology Journal。東北地理所水稻分子育種學科組李秀峰副研究員為第一作者，卜慶云研究員為通訊作者，中國科學院遺傳與發育生物學研究所宋顯偉研究員和朱家平博士也參與了該項工作。研究得到國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會項目等項目聯合資助。
圖1. JMJ720調控調控水稻開花的分子機制
論文信息：Xiufeng Li*,Jiaping Zhu,Xiaojie Tian,Yingxiang Liu,Jiaming Wei,Zhipeng Hong,Xin Jin,Chunxiao Chen,Zhenyu Wang,Jiaqi Tang,Xianwei Song,Qingyun Bu*. JMJ720 regulates flowering time in rice via H3K9 demethylation of Hd1,Plant Biotechnology Journal,2025,doi:10.1111/pbi.70206.
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