近日，中國農業科學院生物技術研究所谷曉峰團隊和合作者揭示了水稻表觀遺傳調控細胞周期和DNA損傷的新機制，為研究表觀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。相關結果發表在國際學術期刊《植物細胞（The Plant Cell）》上。
作物生長發育過程中，高溫、干旱等非生物脅迫會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。在細胞分裂過程中，遺傳信息和表觀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絡可望為提高作物產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通過與DNA解旋酶復合體成員GINS和DNA聚合酶DNAP互作來調控細胞周期S期DNA復制和損傷修復。與酵母和哺乳動物相比，我們發現水稻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遺傳信息傳遞，表明DRW1在進化過程中即呈現保守的生物功能，又分化出特有的表觀調控機制。此外，與擬南芥CTF4同源蛋白（EOL1）比較分析發現，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H3K27me3修飾水平沉積，但在調控下游的生物學過程顯著不同，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），進一步研究DRW1的功能為后續水稻生長發育、產量和抗逆相關性狀的遺傳改良提供了線索和應用前景。
生物所谷曉峰研究員、華中農業大學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項、中國農科院科技創新工程等項目資助。
原文鏈接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab047/6129782
日期：2021-02-19
作物生長發育過程中，高溫、干旱等非生物脅迫會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。在細胞分裂過程中，遺傳信息和表觀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絡可望為提高作物產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通過與DNA解旋酶復合體成員GINS和DNA聚合酶DNAP互作來調控細胞周期S期DNA復制和損傷修復。與酵母和哺乳動物相比，我們發現水稻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遺傳信息傳遞，表明DRW1在進化過程中即呈現保守的生物功能，又分化出特有的表觀調控機制。此外，與擬南芥CTF4同源蛋白（EOL1）比較分析發現，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H3K27me3修飾水平沉積，但在調控下游的生物學過程顯著不同，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），進一步研究DRW1的功能為后續水稻生長發育、產量和抗逆相關性狀的遺傳改良提供了線索和應用前景。
生物所谷曉峰研究員、華中農業大學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項、中國農科院科技創新工程等項目資助。
原文鏈接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab047/6129782
日期：2021-02-19
