水稻抽穗期是决定水稻种植的区域和季节适应性的重要农艺性状。通过对抽穗期的调节，可以扩大优良品种的种植面积。调控水稻抽穗期基因关系网络复杂，目前认为在水稻中存在2条相对保守的调控途径（Hd1-Hd3a/RFT1）和（Ghd7-Ehd1-Hd3a/RFT1）。Ehd1通过调控成花素基因Hd3a和RFT1的表达来控制水稻开花，Ehd1作为开花途径的核心因子，受多种因子调控，其中DTH3、OsMADS51、OsMADS56、Ehd2和Ehd4等正调控Ehd1，而Hd2、Hd4、Hd5、OsCOL4、OsCOL10和OsLFL1等通过抑制Ehd1来发挥功能。

CRISPR/Cas9基因编辑技术作为高效创造变异的手段，已经实现各种农艺性状的精准改良。东北地理所水稻分子育种学科组前期研究中通过对Hd2、Hd4和Hd5等开花抑制基因的基因编辑，高效的缩短水稻抽穗期。但是如何高效的延迟品种的抽穗期，还值得进一步探索。理论上，可以通过减弱开花促进因子或者增强开花抑制因子的功能来达到。但实践上，直接对Ehd1、Hd3a和RFT1等开花促进因子进行基因编辑，会导致水稻极度晚花甚至不开花的现象，因此，该团队拟采取适当增强开花抑制因子作用的手段，来达到适度延迟水稻开花的目的。

为了利用基因编辑手段提高靶基因的表达量，该团队拟对基因的上游开放阅读框架(open reading frames, uORFs)进行编辑。研究表明，uORFs可以抑制开放阅读框架(primary ORFs, pORFs)的翻译，通过编辑和突变这些uORFs可以达到提高pORFs的蛋白水平的目的。本实验室前期研究发现Hd2是控制东北水稻开花最重要的抑制子之一，序列分析发现Hd2在5'UTR区域存在3个uORF，因此，该研究团队针对3个uORF分别设计3个靶位点进行基因编辑，获得了多种不同编辑类型，抽穗期统计结果显示，突变体出现不同程度晚花（4.6天-11.2天），其中第一个uORF突变的晚花效果最明显。突变体中，抽穗期基因Ehd1、Hd3a和RFT1的表达量都低于野生型，与其晚花表型一致。进一步将Hd2 uORF与4种突变类型uorf插入到35S启动子与LUC报告基因之间，瞬时转化原生质体，发现Hd2 uORF的突变与否并不影响报告基因LUC的转录水平，但是Hd2 uORF的插入显著降低了LUC的荧光信号，而uorf的突变可以不同程度的恢复LUC的蛋白量，证实了Hd2 uORF的突变可以通过提高Hd2 pORF的翻译达到增强Hd2功能的效果，从而实现不同程度延迟开花的目的，这表明对于Hd2 uORF的编辑突变可以作为未来微效改变水稻开花性状的有效靶点。

东北地理所水稻分子育种学科组几年来利用基因编辑技术改良水稻熟期、香味、直链淀粉含量及粒型等多个性状，在Plant Biotechnology Journal, Journal of Genetics and Genomics, Rice Science等期刊发表多篇文章，本研究是该课题组在利用基因编辑技术改良水稻重要农艺性状方面的重要研究进展。

该项研究以“Fine-tuning Flowering Time via Genome Editing of Upstream Open Reading Frames of Heading Date 2 in Rice”为题发表在Rice期刊 。东北林业大学客座研究生刘欣欣、东北农业大学刘化龙副教授和黑龙江大学客座研究生张元野为并列论文第一作者，李秀峰助理研究员和卜庆云研究员为论文通讯作者。相关研究得到了国家自然科学基金和黑龙江省基金的资助。

论文链接：

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