摘要
抽穗期是水稻(Oryza sativa)重要的农艺性状之一，由外界环境和自身遗传因素共同调控，决定着水稻的种植区域和季节适应性。水稻作为一种典型的短日照植物，光周期途径是调控其抽穗的关键途径。近年来，已有多个光周期相关基因被克隆，这些基因共同形成以Hd1-Hd3a通路和Ghd7-Ehd1-Hd3a/RFT1通路为核心的调控网络，在一定程度上解释了水稻抽穗期变化的分子机制。但由于抽穗期的调控机制十分复杂，目前仍有一些相关基因和调控机理未被揭示。本研究利用遗传学和分子生物学方法，克隆了一个新的抽穗期相关基因Ehd5(Early heading date5),并对其基因功能进行解析，进一步完善了抽穗期分子调控网络，为培育适应性更广的水稻品种提供了科学依据。 通过对日本东北地区粳稻‘Tohoku IL9''(O.sativa ssp.japonica)进行γ射线诱变处理，获得了抽穗期相关突变体，该突变体表现为抽穗延迟、粒型变细长、单株产量降低等表型。利用突变体与野生型杂交构建的F2群体，进行分离群体混合池测序分析，结合两个亲本全基因组高覆盖测序的比对结果，确定了两个候选位点。将候选基因进行遗传互补转化实验，最终鉴定到了抽穗期相关基因Ehd5。来自突变体的Ehd5基因外显子上发生4个碱基的缺失，造成移码突变，转录和翻译提前终止。此外，在互补和过表达植株中，抽穗期、粒型、单株产量等农艺性状都得到了恢复，证实了该基因能够促进水稻开花和产量的提高。 对转录组测序和RT-PCR实验结果进行分析发现，Ehd5的表达受光周期的诱导，具有昼夜节律性，其基因功能缺失会造成成花素基因Hd3a/RFT1和重要的光信号整合因子Ehd1表达量显著降低，进而导致抽穗期推迟。同时，酵母双杂实验、BiFC实验及LCI实验证明Ehd5和Ghd8之间存在蛋白互作,Ehd5-Ghd8复合体和Ghd8-Ghd7-Hd1复合体之间存在着相互抑制的竞争性结合效应，因此Ehd5可以通过抑制Ghd8-Ghd7-Hd1复合体的形成来促进下游Ehd1、Hd3a/RFT1基因的表达。 Ehd5编码一个在真核生物中高度保守的WD40domain重复蛋白，定位在细胞质和细胞膜上。结合WGCNA分析，初步推测此蛋白可能行使与跨膜运输相关的生物学功能。此外，利用酵母双杂交、BiFC等实验，我们证实了Ehd5和抽穗期相关因子Roc4存在蛋白水平上的互作;利用基因编辑技术构建了roc4单突和ehd5roc4双突材料，证明了Ehd5-Roc4复合体可促进Ehd1、Hd3a/RFT1基因的表达进而促进抽穗。综上，Ehd5的克隆和功能研究进一步丰富了水稻抽穗期调控网络，为利用相关基因开展水稻遗传改良提供了新的理论依据。
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