研究发现种子大小和产量调控的表观遗传新机制
文章导读
水稻亩产能再上一个台阶吗？这个问题困扰了无数育种专家几十年。传统杂交育种的效率越来越低，而表观遗传调控——这个被长期忽视的基因表达"隐形开关"，终于被中科院团队精准捕获了。他们发现了一个叫LARGE3的关键基因，它就像籽粒大小的"刹车片"，通过影响组蛋白H4乙酰化水平来调控细胞增殖。更颠覆认知的是，这个"刹车"还能被人工解除：当研究人员在谷子中编辑LARGE3的同源基因后，籽粒明显变大、产量显著提升。这意味着同样的操作或许能让小麦、玉米等其他谷物也实现增产。
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籽粒大小是谷类作物的重要产量性状，解析其调控机制对精准育种和提高作物产量至关重要。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院植物研究所等揭示了LARGE3-OsHDT1调控水稻籽粒大小和粒重的新机制。LARGE3编码含有PWWP结构域、两个预测的核定位信号和一个LXXLL基序的组蛋白结合蛋白。large3突变体表现为粒长、粒宽及千粒重显著增加，表明LARGE3负调控粒型。细胞学分析表明LARGE3主要通过调控细胞增殖过程影响粒型。
进一步研究发现LARGE3与组蛋白去乙酰化酶OsHDT1互作，通过影响水稻组蛋白H4乙酰化水平负调控籽粒长度。LARGE3与OsHDT1的复合体可结合OsMKKK10启动子区域，并通过降低该位点的组蛋白H4乙酰化水平，增加核小体密度，使染色质处于紧密状态，从而抑制该基因表达。
重要的是，在谷子中对LARGE3同源基因进行基因组编辑可产生大籽粒并提高产量。这些发现揭示了LARGE3-OsHDT1通过调控OsMKKK10组蛋白H4乙酰化，介导籽粒长度的表观遗传调控分子机制，为禾谷类作物高产育种提供了全新靶点。
相关研究成果在线发表在《植物细胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到国家重点研发计划等的支持。
LARGE3-OsHDT1调控籽粒大小的工作模型
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