广东
中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组发现，水稻
RCN2基因上游远端序列发生改变可通过精确重塑染色质三维构象来协同提升谷物产量与氮肥利用效率的新机制。
北京时间2025年10月29日18时，《自然—遗传学》（Nature Genetics）在线发表了这一研究成果。
20世纪60年代以半矮化育种为特征的“绿色革命”解决了全球粮食短缺问题，但作物产量增加高度依赖化肥的大量投入。在当今时代，如何减少化肥使用，降低农业污染，并同时实现谷物产量的持续增长，已成为推动农业可持续发展亟需攻克的核心科学难题。
傅向东团队长期从事作物高产与氮高效协同机制及其设计育种研究，率先揭示了“绿色革命”高产品种中DELLA蛋白的积累是导致其氮肥利用效率低下的关键原因，发现了通过调控GRF4-DELLA-NGR5分子模块可协同促进光合作用、氮代谢和植物生长，实现高产与氮高效的协同提升（
Nature， 2018 ；
Science， 2020 ） ， 但收获指数无法提高的话会制约作物产量进一步提升。
本研究引入“源-库”代谢流重编程的概念，提出“增源”是高产的物质基础，“扩库”是高收获指数的结构保障，二者协同优化是突破当前高产氮高效协同改良育种瓶颈的核心路径。本研究利用产量要素穗粒数、氮素同化酶活性和净光合速率这三个表型指征，克隆到一个协同控制水稻碳氮代谢（源）和穗型发育（库）的基因
RCN2。 并 发现位于
RCN2基因上游 远端 的一个自然变异可显著 上调 其表达水平。 RCN2 蛋白通过抑制 DELLA-OsSPL14 之间的互作，增强了 OsSPL14 对下游碳氮代谢及穗发育相关基因的转录激活能力，最终协同提升了作物产量、氮肥利用效率及收获指数。
进一步研究表明，
RCN2基因上游远端的自然变异所在 区域富含 GC 碱基 ， 存在 3 个 串联重复的 CCCTC 序列。 CTCF （ CCCTC binding factor ）锌指蛋白在动物中非常保守， 可 通过组织染色质三维结构参与基因表达调控与异染色质扩散，然而其在植物中的功能尚未见报道。本研究首次在植物中鉴定出具有功能的绝缘子顺式元件及其结合蛋白 OsYY1 ，并证实在低氮环境诱导下 OsYY1 通过结合
RCN2基因两端的绝缘子序列， 可 介导染色质成环，从而抑制
RCN2转录。
RCN2基因上游绝缘子序列介导染色质成环来协同提升谷物产量与氮肥利用效率的机制示意图
研究人员通过利用基因编辑技术定点删除了绝缘子序列，对
RCN2基因 局部 的 染色质构象进行调控， 通过微调 基因 的 空间表达模式实现了
RCN2基因正向效应和负向效应的解偶联，进而 协同增强了作物的 “ 源 ” （碳氮代谢能力）与 “ 库 ” （籽粒储存能力），为培育 “ 少投入、多产出 ” 的新绿色革命品种提供了全新的理论依据与实现路径。
相关论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41588-025-02376-y
来源：小柯生命公众号
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