Plant Physiol | 华南农业大学庄楚雄/郑少燕/刘振兰团队揭示水稻器官大小调控机制

近日，华南农业大学生命科学学院庄楚雄/郑少燕/刘振兰团队在Plant Physiology上发表了题为“OsSDG711-mediated H3K27me3 methylation of cytokinin metabolism genes regulates organ size in rice”的研究论文。揭示了组蛋白修饰调控水稻器官大小的分子机制。

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要的粮食作物，全球气候变暖和耕地面积减少使水稻单产面临巨大挑战。水稻器官大小包括种子大小、叶片大小、株高和茎秆粗细等，是水稻生长发育中的重要表型，也是水稻重要的产量性状。SET DOMAIN GROUP 711（OsSDG711）是Enhancer of Zeste [E(z)]在水稻中的同源基因，编码一种组蛋白甲基转移酶H3K27me3，是染色质重塑复合体PRC2（Polycomb Repressive Complex 2）的成员，参与水稻基因的表达调控。研究表明，SDG711在水稻生长和发育过程中具有重要作用。目前未见H3K27me3组蛋白修饰调控相关基因控制水稻器官大小的功能机制。

该研究发现，OsSDG711的敲除产生了显著变矮变小的植株，叶片、茎秆和籽粒等均显著变小。细胞学分析表明， OsSDG711主要通过调控细胞长度和细胞宽度来影响器官大小。H3K27me3抗体进行染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）的结果显示，在OsSDG711敲除株系Ossdg711中，与细胞分裂素氧化酶/脱氢酶基因（OsCKXs）相关的H3K27me3水平降低。ChIP-qPCR分析表明，OsSDG711通过H3K27me3组蛋白修饰调节多个OsCKX基因的表达。作者发现OsSDG711直接与这些OsCKX基因的启动子结合。同时，代谢分析发现，与野生型植株相比，Ossdg711植株中细胞分裂素含量显著降低。

总之，该研究揭示了一种基于OsSDG711介导的通过H3K27me3修饰水平调节水稻细胞分裂素代谢途径和器官发育相关基因表达的表观遗传机制。OsSDG711可能是一种可用于理想株型改良的尚未开发的表观遗传资源。

图1 OsSDG711调控水稻器官大小的工作模型

华南农业大学庄楚雄研究员团队的郑少燕副教授和刘振兰教授为该论文的通讯作者。在读博士生卢静沁，已毕业硕士姜左杰，在读博士生陈俊宇为论文的共同第一作者。华南农业大学庄楚雄研究员为该工作提供了指导和帮助。本研究得到了“十四五”广东省农业科技创新大主攻方向“揭榜挂帅”项目、国家自然科学基金、岭南现代农业实验室项目、广东省基础与应用研究重大项目和双一流学科推进项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad568