1月2日，萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)在水稻花時(shí)調(diào)控機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)在《Plant Physiology》期刊上，發(fā)表了題為“The multifunctional protein OsAIM1 regulates floret opening and closure timing via jasmonic acid-mediated lodicule dynamics in rice”的研究成果。該研究為解決秈粳亞種間雜交花期不遇，雜交制種產(chǎn)量低、種子成本高等問(wèn)題提供了重要基因資源和理論支撐，對(duì)培育秈粳亞種間雜交水稻新品種具有重要意義。

水稻是世界上最主要的糧食作物之一，提高水稻產(chǎn)量對(duì)國(guó)家糧食安全意義重大。栽培水稻主要有秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，研究表明，秈粳亞種間雜種具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢(shì)，相比現(xiàn)有秈型亞種內(nèi)雜交種可增產(chǎn)15%以上。然而，秈粳亞種雜種優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用仍面臨一系列問(wèn)題，包括制種產(chǎn)量低、F1雜種不育、株高超高、超親遲熟等。其中，秈粳花時(shí)不遇（秈稻通常比粳稻早開(kāi)花1-3小時(shí)），導(dǎo)致父母本難以實(shí)現(xiàn)有效的異花授粉，進(jìn)而造成制種產(chǎn)量低，雜交種子成本高昂，嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻的大規(guī)模推廣。

此外，穎殼作為種子的天然物理屏障，授粉后適時(shí)閉合能防止病菌侵染、水分喪失和物理?yè)p傷。然而，在包括諸多重要不育系在內(nèi)的水稻材料中，花后穎殼不閉合（俗稱(chēng)“裂穎”）現(xiàn)象依然普遍。該缺陷導(dǎo)致種子皺縮、活力下降，嚴(yán)重影響雜交種子的產(chǎn)量與商品品質(zhì)。

因此，實(shí)現(xiàn)穎花“開(kāi)”與“關(guān)”的精準(zhǔn)調(diào)控，是提高秈粳雜交制種產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵所在。然而，調(diào)控穎殼開(kāi)關(guān)的基因，特別是同時(shí)調(diào)控花時(shí)和閉穎的基因，仍然缺乏，相關(guān)分子機(jī)制尚不明確。

本研究從一個(gè)命名為“osky”（oryza sativa kaiying）的粳稻突變體入手。該突變體的花器官結(jié)構(gòu)正常，但每日開(kāi)花時(shí)間延遲約50分鐘，且花后穎殼不閉合率高達(dá)43.4%（野生型僅1.22%）。通過(guò)圖位克隆，團(tuán)隊(duì)將控制該表型的基因鎖定為OsAIM1。該基因編碼一種定位于過(guò)氧化物酶體的多功能蛋白，參與脂肪酸β-氧化過(guò)程。進(jìn)一步機(jī)制解析表明，OsAIM1通過(guò)催化β-氧化反應(yīng)參與茉莉酸生物合成前體的生成，進(jìn)而激活下游糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。糖分在漿片細(xì)胞中的積累可調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，驅(qū)動(dòng)水分吸收與排出，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)穎殼開(kāi)合的精準(zhǔn)調(diào)控。在osky突變體中，OsAIM1功能缺失導(dǎo)致茉莉酸合成受阻，影響糖分向漿片的運(yùn)輸，造成開(kāi)花前吸水膨脹延遲、開(kāi)花后萎縮過(guò)程受阻，從而表現(xiàn)為“開(kāi)花晚、閉穎差”的表型。研究還發(fā)現(xiàn)，外源噴施茉莉酸甲酯不僅能提前日開(kāi)花時(shí)間，還能使OsAIM1功能缺失突變體恢復(fù)正常的穎殼閉合能力，這為茉莉酸動(dòng)態(tài)調(diào)控穎花開(kāi)合過(guò)程提供了直接證據(jù)。

值得關(guān)注的是，對(duì)水稻種質(zhì)資源的序列分析發(fā)現(xiàn)，OsAIM1編碼區(qū)存在自然變異。酶活分析表明，秈型（HapB）酶活性更高。攜帶HapB的單株開(kāi)花時(shí)間顯著早于HapA單株。將秈型OsAIM1等位基因?qū)刖颈尘?，可顯著提前其開(kāi)花時(shí)間?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出了可能的應(yīng)用方案：在育種中，通過(guò)選擇適宜的OsAIM1等位基因（HapA或HapB），可調(diào)整親本開(kāi)花時(shí)間，促進(jìn)秈粳雜交制種花期相遇；通過(guò)編輯不育系中OsAIM1基因，可誘導(dǎo)花后穎殼適度張開(kāi)，延長(zhǎng)異花授粉窗口期，隨后在適當(dāng)時(shí)機(jī)噴施JA，則可促進(jìn)穎殼閉合，保障種子質(zhì)量。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生胡淵、碩士研究生李海申（已畢業(yè)）、博士研究生侯海剛為論文的共同第一作者，萬(wàn)建民院士和周時(shí)榮教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目及江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于水稻秈粳雜種優(yōu)勢(shì)利用研究，近年來(lái)在雜種不育、抽穗期和株型調(diào)控等方面取得系列突破性成果。

全文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf690