我室王建波教授课题组揭示转录因子OsGLK1在籼粳亚种间杂交稻中的转录调控网络

杂交被广泛用于品种改良以获得遗传多样化和产量及品质性状提高的杂交后代。在产生新表型的同时，杂交还会导致基因组的重新整合，诱发新的遗传和表观遗传变异，其中染色质可及性、DNA甲基化、组蛋白修饰等多层次的表观遗传动态参与了杂交种基因表达调控。转录因子与基因组中调节元件的识别和结合是基因表达的基础，通过结合启动子区域的特殊DNA序列以激活或抑制基因的转录。转录因子可以调控大量靶基因的表达，然而转录因子如何参与杂交稻表达网络调控仍有待阐明。

近日，杂交水稻全国重点实验室王建波教授课题组在Plant Physiology期刊在线发表题为GOLDEN2-LIKE1 participates in transcriptional network regulation in indica-japonica subspecific hybrid rice的研究论文，揭示了转录因子OsGLK1在籼粳亚种间杂交稻及其亲本中的结合位点差异及表观遗传修饰对靶基因结合和表达的影响，强调了OsGLK1在光合作用和激素信号转导中的重要作用。

该项研究通过转录因子足迹分析，鉴定出一个调控光合作用的重要转录因子OsGLK1（GOLDEN2-LIKE1）（图1），发现OsGLK1位于编码区的一个单核苷酸多态性（SNP）影响其与下游靶基因的结合能力，且这个SNP具有明显的籼粳分化，该位点为甲硫氨酸的转录因子主要在籼稻中存在，其结合多态性高于含有异亮氨酸的粳稻，而籼粳杂交稻中同时具有这两种SNP。通过DAP-seq筛选OsGLK1在全基因组的结合位点，杂交稻表现出优于亲本的结合能力，且以GATT为核心的识别位点从父本中得到了更多遗传。

图1 杂交稻ZY19及其亲本开放染色质中转录因子结合位点聚类

进一步研究表明，在野生型中花11中敲除OsGLK1，可显著降低水稻叶片的叶绿素含量和净光合速率。OsGLK1与光系统I PSI-F亚基、三角状五肽重复蛋白OsPPR676和蔗糖转运蛋白xa41(t)等编码基因的启动子结合，并与捕光叶绿素结合蛋白OsCAB1R、抽穗期相关因子HAF1发生相互作用调控水稻光合作用，同时通过转录激活赤霉素和乙烯信号因子DELLA、OsERS1和OsERF83参与激素的级联调控（图2）。此外，杂交稻和亲本间染色质可及性的动态变化和启动子区域的DNA甲基化也被证明在OsGLK1靶基因的表达调控中发挥作用。

图2 OsGLK1参与赤霉素和乙烯信号转导

杂交水稻全国重点实验室博士生王菲为该论文第一作者，王建波教授为通讯作者。研究生王梦瑶、席曾德、祁天璞参与了部分研究工作。浙江省农业科学院王林友副研究员提供了水稻材料，杂交水稻全国重点实验室公共仪器平台刘新莲和卢琴女士在仪器设备方面给予了帮助，武汉大学科研公共服务条件平台龚晓艳副教授在LC-MS实验中给予了指导和帮助。

论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiag097/8498176