作者:张立国等 来源:《植物细胞》 发布时间:2012-11-28 11:02:27
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表观遗传修饰影响水稻株高和花器官发育
 
来自南京农业大学,中国农业科学院等处的研究人员首次报道了表观遗传修饰对水稻株高和花器官发育的重要作用,揭示了DNA甲基化和组蛋白修饰之间的关联,为进一步研究表观遗传修饰对水稻生长发育的调控机制奠定基础。相关成果公布在植物学权威期刊The Plant Cell杂志上。
 
文章的通讯作者是南京农业大学万建民教授,第一作者为张立国博士,万建民教授长期从事水稻种质创新、基因定位、克隆和品种选育等研究已发现并精细定位了水稻广亲和基因,水稻休眠性基因等种基因,其研究组今年7月也曾在The Plant Cell杂志上发表了水稻花粉半不育研究成果。
 
水稻籼粳亚种间杂种优势强大,一般比亚种内杂交水稻产量潜力高10-30%,但籼粳亚种间杂种存在半不育、超亲晚熟和株高超亲等问题,严重影响其在生产上的利用。
 
在这篇文章中,研究人员发现一个显性矮秆突变体Epi-df具有较强的降秆能力,这将有望在水稻籼粳杂种优势利用中解决F1代株高偏高问题。研究人员经图位克隆发现Epi-df编码一个包含7个WD40结构域的FIE1蛋白。FIE1参与水稻组蛋白H3K27me3的修饰,同时自身受表观抑制标记DNA甲基化和组蛋白H3K9me2的调控,从而表现出胚乳特异性表达特性。
 
而在Epi-df中,FIE1基因的启动子和5’端发生了DNA去甲基化,H3K9me2减少和表观激活标记H3K4me3增加,从而使FIE1异位表达,并导致基因组水平上H3K27me3修饰的改变,导致水稻株高降低并伴随一定程度的花器管变异。
 
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门学科。表观遗传主要通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控等方式控制基因表达。表观遗传调控是基因表达调控的重要组成部分,已成为当前研究的热点。
 
目前,仅有极少数的自发表观突变体被发现,例如DNA过甲基化突变体clk、Epi-dwarf1、lcyc、以及Cnr; 而DNA去甲基化突变体目前仅发现一例,即拟南芥fwa突变体。在禾本科植物尤其是重要作物中还未有DNA去甲基化突变体的报道。
 
今年7月,这一研究组也从分子水平揭示了引起水稻花粉半不育的分子机理,阐述了一种基因在花粉发育中的地位,利用该基因及其分子标记可为水稻杂种优势利用提供理论指导和分子育种的基础。
 
研究人员通过基因的精细定位和图位克隆,结合基因组测序和相关功能分析,表明w207-2半不育是由于OsKinesin-1基因(pss1)中一个单碱基的突变造成了其编码的驱动蛋白中与微管结合相关的一个关键氨基酸的改变,导致其微管结合活性的部分丧失,进而导致其减数分裂过程中染色体运动的联会、分离等过程不能正常进行,造成部分花粉缺失1条或多条染色体,并在单核期逐渐开始退化为没有任何内容物的空壳花粉,最终表现出花粉半不育,同时花粉半不育可能影响了花药的开裂性,间接造成了w207-2的低结实率。PSS1是一个新的Kinesin-1家族的成员,这项研究在被子植物中首次报道了该家族基因的生物学功能。(来源:生物通 万纹)
 
 
 
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