近日，中國農業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所谷曉峰團隊和合作者揭示了水稻表觀(guān)遺傳調控細胞周期和DNA損傷的新機制，為研究表觀(guān)遺傳調控作物重要農藝性狀及提高抗逆性提供了新的途徑和基因。相關(guān)結果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《植物細胞（The Plant Cell）》上。

 

　　作物生長(cháng)發(fā)育過(guò)程中，高溫、干旱等非生物脅迫會(huì )引起細胞增殖被抑制，集中能量用于抗逆，往往導致作物不同程度減產(chǎn)。在細胞分裂過(guò)程中，遺傳信息和表觀(guān)遺傳信息都需要完成從母本細胞到子細胞之間的轉移，因而，鑒定其中調控基因和網(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。我們在水稻中鑒定了酵母CTF4同源蛋白DRW1，DRW1招募多梳家族（Polycomb，PcG）復合體成員以維持分裂細胞中組蛋白H3第27位賴(lài)氨酸三甲基化（H3K27me3）修飾水平，參與細胞周期中的DNA復制。此外，DRW1通過(guò)與DNA解旋酶復合體成員GINS和DNA聚合酶DNAP互作來(lái)調控細胞周期S期DNA復制和損傷修復。與酵母和哺乳動(dòng)物相比，我們發(fā)現水稻DRW1不僅參與影響DNA解旋酶活性、細胞周期S期DNA復制和損傷修復，還特異地影響細胞周期中的表觀(guān)遺傳信息傳遞，表明DRW1在進(jìn)化過(guò)程中即呈現保守的生物功能，又分化出特有的表觀(guān)調控機制。此外，與擬南芥CTF4同源蛋白（EOL1）比較分析發(fā)現，水稻DRW1和擬南芥EOL1雖然都在分裂細胞旺盛的組織中表達，均能夠與PcG復合體成員直接相互作用，并共同促進(jìn)H3K27me3修飾水平沉積，但在調控下游的生物學(xué)過(guò)程顯著(zhù)不同，導致水稻中DRW1突變后存在明顯表型。水稻DRW1參與調控細胞周期相關(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，為后續研究CTF4同源蛋白物種進(jìn)化提供了理論基礎。此外，drw1突變后呈現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的功能為后續水稻生長(cháng)發(fā)育、產(chǎn)量和抗逆相關(guān)性狀的遺傳改良提供了線(xiàn)索和應用前景。

 

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

 

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