Nature Communications | 全基因组关联研究鉴定到一个水稻种子萌发温度依赖性基因

种子的萌发具有很强的可塑性，可受环境因素的影响，如温度、光照和土壤条件。 一般来说，在27-37°C的温度下，水稻的种子在几天内就能发芽，而低于或高于这个温度范围的温度条件会大大破坏种子的发芽。因此，种子萌发对温度的依赖性可能是日本水稻广泛种植的一个重要性状，日本品种可能表现出该性状的遗传多样性。

环境是农业生产力的重要决定因素。因此，作物被培育出了适应其环境的性状。近期，日本福岛大学科研团队在国际学术期刊Nature Communications上发表了题为“Genome-wide association study identifies a gene responsible for temperature-dependent rice germination”的论文。假设种子萌发的生理条件适合各种气候条件，为了了解种子萌发的遗传基础，该团队进行了一项全基因组关联研究，考虑了不同温度条件下日本水稻品种萌发率的基因型-环境相互作用。他们发现14-3-3家族基因GF14h中的一个4bp的InDel在最适温度条件下优先改变了水稻的发芽率。GF14h蛋白与bZIP型转录因子OREB1和蛋白FT和TFL 2组成转录调控模块，通过调控脱落酸（ABA）响应基因来控制发芽率。GF14h功能缺失等位基因增强了ABA信号的转导并降低了发芽率。这表明它有助于水稻的环境适应性。本研究揭示了复杂的分子系统参与调控种子萌发对温度的响应，这使得水稻能够在不同的地理位置生长。

先前的研究报道了一个主要的数量性状位点(QTL)，qLTG3在日本水稻品种的低温萌发中起主导作用。然而，他们在15°C的GWAS没有检测到该QTL(图1c)。在他们的GWAS面板中出现了三个具有不同功能的qLTG3等位基因。大多数GWAS平台的设计目的是分析双等位基因变异，因此，等位基因异质性被忽略或强行转化为双等位基因状态。他们推测qLTG3的这些功能不同的等位基因可能会降低GWAS的统计能力。为了解决这一问题，他们将GWAS的三等位基因变异型转化为三个双等位基因变异型，并检测到qLTG3在15℃时是峰值，而G × E GWAS的峰值不存在。这些结果表明，峰值1可以主要解释我们研究的品种之间的萌发对温度依赖的差异。

为了阐明GF14h的生物学功能，他们研究了其参与ABA信号通路中的作用，这对于种子发芽很重要，数据显示GF14h的表达受根系中ABA的调节。首先，他们比较了具有功能性GF14h和不具有功能性GF14h的种子之间萌发率的ABA响应性，发现功能性GF14h显着降低了ABA响应性（图3a）以及3个ABA响应基因OsRab16A，OsLea3和OsEM的表达（图3b）。由于GF14s和bZIP因子之间的直接相互作用已经在各种生物过程中报道，例如开花，接下来，他们研究了GF14h与bZIP蛋白，OREB1 / OsABI5和TRAB1 / OsbZIP66的相互作用，这些相互作用已被报道为ABA依赖性反应的关键因素，例如抑制萌发和应激反应。使用酵母双杂交技术，观察到GF14hHap与OREB1建立了积极的相互作用.

他们还研究了FAC的第三个同源成分MFT的参与，该成分已被报道为调控小麦种子萌发的另一个成分(TaMFT)。水稻中有两种MFT, MFT1和MFT2，MFT2对应于TaMFT。事实上，MFT2的胚胎特异性表达和ABA诱导性表明其在调节种子萌发中的作用。此外，使用CRIPSR-Cas9生成的MFT2缺陷植株对ABA的敏感性远低于对照。OsEM启动子通常被用作水稻ABA信号传递的报告基因，接下来，他们利用OsEM启动子控制下的报告基因荧光素酶(fLUC)，通过瞬时表达试验研究了GF14h在ABA信号传递中的作用。OREB1可增强其表达，而GF14hHap可部分减弱其表达 (图4d)。ABA显著增强OREB1的转录激活活性，并抑制GF14hHap的表达。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33318-5

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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