生物钟调节动植物的生长发育，但人们对昼夜节律在作物生产中的作用知之甚少。水稻籽粒产量在很大程度上取决于分蘖，分蘖是由生理和遗传因素介导的。近日，南京农业大学的研究人员在 Plant Cell（IF:9.618）上发表了一篇名为“Rice Circadian Clock Regulates Tiller Growth andPanicle Development Through Strigolactone Signaling and Sugar Sensing”的文章，该文章报道了一个调节机制，包括生物钟，糖和独角金内酯途径来调节水稻分蘖芽和穗的发育。

为了探讨OsCCA1在独角金内酯生物合成中的作用，研究人员测量了epi-5DS，一种内源性的甾体内酯，在水稻根系分泌物中发现，OsCCA1突变体植株的epi-5DS含量降低。CHIP-qPCR分析显示OsCCA1与D14或D53的启动子结合。D14和OsCCA1的表达节律相似，在对照植物分蘖芽中的峰值出现在前期，而D14在OsCCA1-OE系中上调，但在OsCCA1-AS8系和OsCCA1突变体中受到抑制。然而，对照组中D53的表达没有明显的节律性，在OsCCA1-OE系中D53表达略有增加，在OsCCA1-AS8系和OsCCA1突变体中下降。这可能表明D53由OsCCA1间接调节或由OsCCA1和D14共同调节。遗传数据表明D14作用于OsCCA1下游。这些数据表明，OsCCA1通过调控OsTB1和D14的表达来抑制分蘖芽的生长。

图1：OsCCA1影响司他内酯途径，并作用于OsTB1和D14的上游

研究人员假设糖调节OsCCA1影响分蘖芽生长的表达，为了验证这个假设，用糖诱导实验检测了糖是否调节OsCCA1的表达。结果表明，蔗糖是OsCCA1在根中表达的负调控因子。然而，在幼苗芽中，蔗糖对OsCCA1表达的影响是积极的，这与拟南芥芽中的发现一致。

图2：糖抑制OsCCA1在根中的表达

结果表明，尽管观察到拟南芥（真双子叶植物）和水稻（单子叶植物）在1.3亿至2亿年前发生了分化，但生物钟在调节分枝中的作用是保守的。此外，植物昼夜节律时钟可以有效地感知白天的长度和光照的强度，并整合糖信号来调节分枝/分蘖和植物结构。分蘖数和穗大小直接影响谷物作物产量。因此，了解生物钟如何将外部信号与遗传途径结合起来，以平衡分蘖芽和穗的发育，将有助于我们设计改善水稻和其他谷类作物结构和产量的策略。

参考文献：

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文献链接：https://doi.org/10.1105/tpc.20.00289