云南大学余迪求组揭示OsWRKY11调控水稻抽穗期的新机制

作者：JIPB JIPB 2024/6/5 10:53:57

植物通过整合外界环境信号和内源生长发育信号，在适宜的条件启动成花诱导，由营养生长向生殖生长过渡，保证繁殖成功率。水稻是最广泛种植的主粮作物之一，水稻的开花时间 (抽穗期) 决定了水稻对不同地理区域及季节的适应性，影响水稻的生命周期和生产潜力。因此，研究水稻抽穗期调控的信号网络及分子机制，从而提出精确控制作物开花时间的策略，对保证农业生产安全稳定和实现农业可持续发展有重要意义。近日，JIPB在线发表

近日，JIPB在线发表了云南大学云南生物资源保护与利用国家重点实验室余迪求研究员团队题为“Transcription factor OsWRKY11 induces rice heading at low concentrations but inhibits rice heading at high concentrations”的研究论文 (http://doi.org/10.1111/jipb.13679)，揭示了转录因子OsWRKY11调控水稻抽穗期的双重机制。

WRKY转录因子是植物最大的转录因子超家族之一，在植物生长发育和响应环境信号等诸多生物学过程中发挥重要作用 (Jiang and Yu, 2015)。近年来，大量研究表明WRKY家族成员在多个植物物种中具有广泛的调控开花时间的功能 (Wang et al., 2023)。那么，WRKY转录因子是否会影响水稻的抽穗期呢？为了筛选和鉴定调控水稻抽穗期的WRKY转录因子，该研究利用CRISPR/Cas9技术构建了水稻OsWRKY家族基因的突变体库。通过田间表型筛选，鉴定到一个可能参与水稻抽穗期调控的WRKY转录因子OsWRKY11。oswrky11突变体在自然短日照、自然长日照以及人工短日照和长日照条件下，都表现出抽穗期延迟的表型。有趣的是，OsWRKY11过表达材料的抽穗期也明显延迟。

该研究发现，OsWRKY11直接结合DNA时激活靶基因转录，而OsWRKY11通过其它蛋白间接地结合DNA时发挥抑制靶基因转录的功能。在正常条件下，OsWRKY11直接结合在水稻促花基因OsMADS14和OsMADS15启动子区域的W-box上，激活它们的转录，进而正调控水稻抽穗。而过量积累的OsWRKY11能够与Hd1和DTH8相互作用并形成三元复合体。OsWRKY11通过OsWRKY11-Hd1-DTH8复合体间接地抑制Ehd1表达，进而延迟水稻的抽穗期。

干旱对水稻抽穗期具有双重的影响，轻度缺水使抽穗期略微提前，而严重干旱则会大大推迟抽穗期。该研究发现，oswrky11突变体和OsWRKY11过表达水稻对轻度干旱和重度干旱影响开花时间效应的敏感性都显著降低，表明OsWRKY11参与土壤缺水环境对水稻开花时间的调控过程。此外，OsWRKY11的转录在轻度干旱条件下略微上调，在重度干旱条件下则被强烈诱导。因此，该研究提出，在轻度干旱条件下，OsWRKY11表达轻微上调，使其发挥促进水稻抽穗的功能，水稻开花时间提前，快速完成繁殖，实现干旱逃逸。在重度干旱条件下，OsWRKY11表达水平急剧上升，大量积累的OsWRKY11抑制Ehd1表达，防止水稻过快进入脆弱和消耗能量的生殖阶段，同时积累物质和能量，提高生殖成功率。

该研究揭示了一种新的转录因子调控模式，OsWRKY11直接结合和间接结合DNA时发挥不同的转录调控作用，使过量的OsWRKY11调控抽穗期的功能由促进转换为抑制，为解析水稻抽穗期的特殊调控模式提供新思路。此外，本研究还阐明了水稻对不同程度干旱胁迫的差异响应策略的潜在机制，为确保农业生产的安全稳定提供理论支持。

图1. OsWRKY11调控水稻抽穗期的双重功能

中国科学院西双版纳热带植物园与云南大学联合培养的博士研究生赵丽蓉与云南大学硕士研究生刘芸伟为该论文的共同第一作者，云南大学余迪求研究员和王后平副研究员为该论文的通讯作者。中国科学院西双版纳热带植物园陈利钢研究员为本研究提供了重要指导和帮助，云南大学朱奕、陈仕蝶、杜杨、邓璐瑶、刘蕾、李霞、陈婉琴、徐智宇、熊杨洋、明优及方思予同学参与该研究工作。本研究得到国家自然科学基金-面上项目、云南省基础研究计划-杰出青年项目的资助。

参考文献：

Jiang, Y. and Yu, D. (2015). WRKY transcription factors: Links between phytohormones and plant processes. Sci. China Life Sci. 58: 501–502.

Wang, H., Chen, W., Xu, Z., Chen, M., and Yu, D. (2023). Functions of WRKYs in plant growth and development. Trends Plant Sci. 28: 630–645.

文章引用：

Zhao, L., Liu, Y., Zhu, Y., Chen, S., Du, Y., Deng, L., Liu, L., Li, X., Chen, W., Xu, Z., et al. (2024). Transcription factor OsWRKY11 induces rice heading at low concentrations but inhibits rice heading at high concentrations. J. Integr. Plant Biol. http://doi.org/10.1111/jipb.13679