中国农业科学院生物技术研究所揭示水稻表观遗传调控细胞分裂新机制

　　近日，中国农业科学院生物技术研究所谷晓峰团队和合作者揭示了水稻表观遗传调控细胞周期和DNA损伤的新机制，为研究表观遗传调控作物重要农艺性状及提高抗逆性提供了新的途径和基因。相关结果发表在国际学术期刊《植物细胞（The Plant Cell）》上。

 

　　作物生长发育过程中，高温、干旱等非生物胁迫会引起细胞增殖被抑制，集中能量用于抗逆，往往导致作物不同程度减产。在细胞分裂过程中，遗传信息和表观遗传信息都需要完成从母本细胞到子细胞之间的转移，因而，鉴定其中调控基因和网络可望为提高作物产量和抗逆性提供基因资源和理论基础。我们在水稻中鉴定了酵母CTF4同源蛋白DRW1，DRW1招募多梳家族（Polycomb，PcG）复合体成员以维持分裂细胞中组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（H3K27me3）修饰水平，参与细胞周期中的DNA复制。此外，DRW1通过与DNA解旋酶复合体成员GINS和DNA聚合酶DNAP互作来调控细胞周期S期DNA复制和损伤修复。与酵母和哺乳动物相比，我们发现水稻DRW1不仅参与影响DNA解旋酶活性、细胞周期S期DNA复制和损伤修复，还特异地影响细胞周期中的表观遗传信息传递，表明DRW1在进化过程中即呈现保守的生物功能，又分化出特有的表观调控机制。此外，与拟南芥CTF4同源蛋白（EOL1）比较分析发现，水稻DRW1和拟南芥EOL1虽然都在分裂细胞旺盛的组织中表达，均能够与PcG复合体成员直接相互作用，并共同促进H3K27me3修饰水平沉积，但在调控下游的生物学过程显著不同，导致水稻中DRW1突变后存在明显表型。水稻DRW1参与调控细胞周期相关基因KRPs，而在拟南芥中KRPs却不受EOL1的影响。此外，拟南芥EOL1突变后也不影响DNA损伤，进一步表明了CTF4的同源蛋白DRW1和EOL1在单双子叶植物中存在功能分化。

 

　　以上研究表明，CTF4在酵母、拟南芥和水稻中的生物学即有功能保守性，又兼具物种分化特异性，为后续研究CTF4同源蛋白物种进化提供了理论基础。此外，drw1突变后呈现明显的矮化短小表型（包括株高降低、种子变小、千粒重减少等），进一步研究DRW1的功能为后续水稻生长发育、产量和抗逆相关性状的遗传改良提供了线索和应用前景。

 

　　生物所谷晓峰研究员、华中农业大学吴昌银教授和区划所易可可研究员为论文通讯作者，该工作得到了国家重大专项、中国农科院科技创新工程等项目资助。

 

　　原文链接：

 

　　https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab047/6129782