南湖新闻网讯（通讯员 丁静丽）近日，我校资源与环境学院植物营养生物学团队在植物学经典权威期刊Plant,Cell & Environment上发表了题为“OsMYB67 knockout promotes rice heading and yield by facilitating copper distribution in panicles”的研究论文，该研究揭示了转录因子OsMYB67负调控铜向稻穗分配进而影响水稻抽穗及产量形成的分子机制。

水稻是我国主要的粮食作物，保障稻米的高产稳产对我国粮食安全具有重要意义。铜是植物生长发育所必需的微量元素，也是对水稻花器官发育及产量形成影响最大的微量元素。近年来，我国高强度、集约化土地利用方式及作物复种比例的增加，加剧了土壤养分的携出量，降低了土壤肥力水平。同时，由于耕作过程中忽视微量元素肥料施用，引起土壤养分比例失衡，极易导致耕地铜缺乏，从而影响水稻正常的生殖生长及产量形成。因此，研究水稻如何高效吸收转运铜，特别是如何将铜有效地向生殖器官分配的分子机制及其调控网络，可为铜高效高产水稻品种的选育提供理论支撑和基因资源。

图1 OsMYB67在水稻根部受铜诱导表达

前期，课题组对不同铜水平处理下的水稻根系进行转录组分析，获得一个受铜诱导表达的MYB转录因子OsMYB67。荧光定量PCR和ProOsMYB67:GUS转基因植株分析结果显示，OsMYB67在水稻各组织器官中均有表达，在根中的表达量相对较高且受铜诱导，但在地上部其表达受铜的影响较小（图1）。

图2 OsMYB67超量表达植株和突变体的抽穗表型及铜在茎叶穗中的分配占比

在营养生长时期，敲除突变OsMYB67对水稻生长没有显著影响，但可显著提高根、地上部和木质部汁液中的铜含量。在生殖生长时期，OsMYB67敲除突变体表现为早抽穗现象（与野生型相比提前4-6天），而超量表达植株则表现为晚抽穗现象（与野生型相比推迟5-6天）；同时，敲除突变OsMYB67显著降低了铜在叶片中的分配比例，但显著提高了铜在穗中的分配比例，而在超量表达植株中的结果正好相反（图2）。此外，在成熟期，相较于野生型，OsMYB67敲除突变体的有效穗数、籽粒产量及籽粒中的铜含量显著升高。

图3 OsMYB67负调控水稻铜营养的分子机制

通过酵母单杂交、EMSA、烟草瞬时表达、RT-qPCR及原位PCR实验证明，OsMYB67可直接与铜外排基因OsHMA9的启动子序列相互结合，并上调其表达水平；敲除突变OsMYB67抑制了OsHMA9基因表达，从而保持细胞内较高水平的铜。进一步对OsHMA9突变体进行分析，结果显示其根和地上部及籽粒中的铜含量均显著高于野生型。此外，在OsMYB67敲除突变体中，铜伴侣蛋白基因OsATX1和铜转运基因OsYSL16的表达水平极显著升高，OsATX1的表达水平升高了9倍左右，OsYSL16的表达水平升高了40倍以上，进而促进了铜向稻穗和籽粒中的分配，有利于水稻抽穗和产量形成（图3）。

华中农业大学资源与环境学院已毕业博士丁静丽为该论文第一作者，蔡红梅副教授为该论文通讯作者，已毕业博士姬晨晨参与了该研究，徐芳森教授、石磊教授、王创教授、丁广大教授和汪社亮副教授对该研究的试验设计和数据分析提供了宝贵的建议。本研究得到了国家重点研发计划项目资助。

审核人：蔡红梅

【英文摘要】

Copper (Cu) is an essential micronutrient required for rice flowering and seed setting. Here, we identified that Cu-induced R2R3-MYB transcription factor, OsMYB67, acts as a negative regulator that controls rice heading and yield production by affecting Cu distribution in panicles. OsMYB67 was constitutively expressed, with the highest expression in the roots. OsMYB67 knockout did not affect plant growth, but significantly increased Cu concentrations in roots, shoots, and xylem sap at the seedling stage. At the reproductive stage, OsMYB67 mutants displayed an early heading phenotype, with significantly increased Cu distribution in panicles but decreased Cu distribution in leaves, whereas OsMYB67-overexpressing plants showed the opposite result. In addition, higher grain yield and Cu concentrations in seeds were observed in OsMYB67 mutants compared to the wild-type. The results of Y1H, transient co-expression, EMSA, in situ RT-PCR, and RT-qPCR showed that OsMYB67 directly binds to the promoter region of OsHMA9 and up-regulates its expression. Significantly increased Cu concentrations were also observed in the roots, shoots, and seeds of oshma9 mutants, consistent with the results observed in OsMYB67 mutants. Interestingly, dramatically higher expression levels of OsATX1 and OsYSL16 were observed in the OsMYB67 mutants, which may contribute to the increased Cu distribution in the panicles.

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.15540