水稻抽穗期是決定水稻種植的區域和季節適應性的重要農藝性狀。通過(guò)對抽穗期的調節，可以擴大優(yōu)良品種的種植面積。調控水稻抽穗期基因關(guān)系網(wǎng)絡(luò )復雜，目前認為在水稻中存在2條相對保守的調控途徑（Hd1-Hd3a/RFT1）和（Ghd7-Ehd1-Hd3a/RFT1）。Ehd1通過(guò)調控成花素基因Hd3a和RFT1的表達來(lái)控制水稻開(kāi)花，Ehd1作為開(kāi)花途徑的核心因子，受多種因子調控，其中DTH3、OsMADS51、OsMADS56、Ehd2和Ehd4等正調控Ehd1，而Hd2、Hd4、Hd5、OsCOL4、OsCOL10和OsLFL1等通過(guò)抑制Ehd1來(lái)發(fā)揮功能。 

　　CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)作為高效創(chuàng )造變異的手段，已經(jīng)實(shí)現各種農藝性狀的精準改良。東北地理所水稻分子育種學(xué)科組前期研究中通過(guò)對Hd2、Hd4和Hd5等開(kāi)花抑制基因的基因編輯，高效的縮短水稻抽穗期。但是如何高效的延遲品種的抽穗期，還值得進(jìn)一步探索。理論上，可以通過(guò)減弱開(kāi)花促進(jìn)因子或者增強開(kāi)花抑制因子的功能來(lái)達到。但實(shí)踐上，直接對Ehd1、Hd3a和RFT1等開(kāi)花促進(jìn)因子進(jìn)行基因編輯，會(huì )導致水稻極度晚花甚至不開(kāi)花的現象，因此，該團隊擬采取適當增強開(kāi)花抑制因子作用的手段，來(lái)達到適度延遲水稻開(kāi)花的目的。 

　　為了利用基因編輯手段提高靶基因的表達量，該團隊擬對基因的上游開(kāi)放閱讀框架(open reading frames, uORFs)進(jìn)行編輯。研究表明，uORFs可以抑制開(kāi)放閱讀框架(primary ORFs, pORFs)的翻譯，通過(guò)編輯和突變這些uORFs可以達到提高pORFs的蛋白水平的目的。本實(shí)驗室前期研究發(fā)現Hd2是控制東北水稻開(kāi)花最重要的抑制子之一，序列分析發(fā)現Hd2在5'UTR區域存在3個(gè)uORF，因此，該研究團隊針對3個(gè)uORF分別設計3個(gè)靶位點(diǎn)進(jìn)行基因編輯，獲得了多種不同編輯類(lèi)型，抽穗期統計結果顯示，突變體出現不同程度晚花（4.6天-11.2天），其中第一個(gè)uORF突變的晚花效果最明顯。突變體中，抽穗期基因Ehd1、Hd3a和RFT1的表達量都低于野生型，與其晚花表型一致。進(jìn)一步將Hd2 uORF與4種突變類(lèi)型uorf插入到35S啟動(dòng)子與LUC報告基因之間，瞬時(shí)轉化原生質(zhì)體，發(fā)現Hd2 uORF的突變與否并不影響報告基因LUC的轉錄水平，但是Hd2 uORF的插入顯著(zhù)降低了LUC的熒光信號，而uorf的突變可以不同程度的恢復LUC的蛋白量，證實(shí)了Hd2 uORF的突變可以通過(guò)提高Hd2 pORF的翻譯達到增強Hd2功能的效果，從而實(shí)現不同程度延遲開(kāi)花的目的，這表明對于Hd2 uORF的編輯突變可以作為未來(lái)微效改變水稻開(kāi)花性狀的有效靶點(diǎn)。 

　　東北地理所水稻分子育種學(xué)科組幾年來(lái)利用基因編輯技術(shù)改良水稻熟期、香味、直鏈淀粉含量及粒型等多個(gè)性狀，在Plant Biotechnology Journal, Journal of Genetics and Genomics, Rice Science等期刊發(fā)表多篇文章，本研究是該課題組在利用基因編輯技術(shù)改良水稻重要農藝性狀方面的重要研究進(jìn)展。 

　　該項研究以“Fine-tuning Flowering Time via Genome Editing of Upstream Open Reading Frames of Heading Date 2 in Rice”為題發(fā)表在Rice期刊 。東北林業(yè)大學(xué)客座研究生劉欣欣、東北農業(yè)大學(xué)劉化龍副教授和黑龍江大學(xué)客座研究生張元野為并列論文第一作者，李秀峰助理研究員和卜慶云研究員為論文通訊作者。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金和黑龍江省基金的資助。 　  

　　論文鏈接： 

　　https://thericejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s12284-021-00504-w