近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所谷曉峰團(tuán)隊(duì)和合作者揭示了水稻表觀遺傳調(diào)控細(xì)胞周期和DNA損傷的新機(jī)制，為研究表觀遺傳調(diào)控作物重要農(nóng)藝性狀及提高抗逆性提供了新的途徑和基因。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》上。

 

　　作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，高溫、干旱等非生物脅迫會(huì)引起細(xì)胞增殖被抑制，集中能量用于抗逆，往往導(dǎo)致作物不同程度減產(chǎn)。在細(xì)胞分裂過(guò)程中，遺傳信息和表觀遺傳信息都需要完成從母本細(xì)胞到子細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)移，因而，鑒定其中調(diào)控基因和網(wǎng)絡(luò)可望為提高作物產(chǎn)量和抗逆性提供基因資源和理論基礎(chǔ)。我們?cè)谒局需b定了酵母CTF4同源蛋白DRW1，DRW1招募多梳家族（Polycomb，PcG）復(fù)合體成員以維持分裂細(xì)胞中組蛋白H3第27位賴(lài)氨酸三甲基化（H3K27me3）修飾水平，參與細(xì)胞周期中的DNA復(fù)制。此外，DRW1通過(guò)與DNA解旋酶復(fù)合體成員GINS和DNA聚合酶DNAP互作來(lái)調(diào)控細(xì)胞周期S期DNA復(fù)制和損傷修復(fù)。與酵母和哺乳動(dòng)物相比，我們發(fā)現(xiàn)水稻DRW1不僅參與影響DNA解旋酶活性、細(xì)胞周期S期DNA復(fù)制和損傷修復(fù)，還特異地影響細(xì)胞周期中的表觀遺傳信息傳遞，表明DRW1在進(jìn)化過(guò)程中即呈現(xiàn)保守的生物功能，又分化出特有的表觀調(diào)控機(jī)制。此外，與擬南芥CTF4同源蛋白（EOL1）比較分析發(fā)現(xiàn)，水稻DRW1和擬南芥EOL1雖然都在分裂細(xì)胞旺盛的組織中表達(dá)，均能夠與PcG復(fù)合體成員直接相互作用，并共同促進(jìn)H3K27me3修飾水平沉積，但在調(diào)控下游的生物學(xué)過(guò)程顯著不同，導(dǎo)致水稻中DRW1突變后存在明顯表型。水稻DRW1參與調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)基因KRPs，而在擬南芥中KRPs卻不受EOL1的影響。此外，擬南芥EOL1突變后也不影響DNA損傷，進(jìn)一步表明了CTF4的同源蛋白DRW1和EOL1在單雙子葉植物中存在功能分化。

 

　　以上研究表明，CTF4在酵母、擬南芥和水稻中的生物學(xué)即有功能保守性，又兼具物種分化特異性，為后續(xù)研究CTF4同源蛋白物種進(jìn)化提供了理論基礎(chǔ)。此外，drw1突變后呈現(xiàn)明顯的矮化短小表型（包括株高降低、種子變小、千粒重減少等），進(jìn)一步研究DRW1的功能為后續(xù)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和抗逆相關(guān)性狀的遺傳改良提供了線(xiàn)索和應(yīng)用前景。

 

　　生物所谷曉峰研究員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)吳昌銀教授和區(qū)劃所易可可研究員為論文通訊作者，該工作得到了國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。

 

　　原文鏈接：

 

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