沈阳农大陈温福院士团队揭示水稻粒形表观调控新机制

近日，沈阳农业大学陈温福院士团队徐铨课题组在《Plant Journal》杂志在线发表了题为“JMJ720 encodes an H3K9me2 demethylase that regulates grain size in rice”的研究论文。该文解析了水稻组蛋白去甲基化酶JMJ720通过表观遗传修饰调控水稻粒形的分子机制。

水稻粒形是决定千粒重的关键因素，并显著影响稻米的外观与加工品质。本研究通过图位克隆鉴定出一个新的水稻粒形调控关键基因JMJ720。JMJ720的功能缺失突变体表现出显著的籽粒增大表型，而过表达该基因则导致籽粒变小。研究证实JMJ720为水稻组蛋白去甲基化酶，可以特异性去除组蛋白H3第9位赖氨酸二甲基化（H3K9me2）修饰。JMJ720通过特异性去除OsNDB2位点的H3K9me2甲基化修饰，从而促进OsNDB2的表达。而OsNDB2的表达会抑制颖壳表皮细胞的扩张，最终导致籽粒变小。在JMJ720的功能缺失突变体中，OsNDB2位点H3K9me2甲基化水平升高，其表达受到抑制，从而削弱了其对细胞扩张的抑制，促进水稻籽粒增大。本研究揭示了JMJ720-OsNDB2模块通过H3K9me2去甲基化调控水稻籽粒大小的分子机理。此前该团队发现JMJ720参与调控水稻抗旱性，本研究在此基础上进一步证实JMJ720的功能缺失突变体同时增大籽粒并增强抗旱性，这为通过利用表观遗传途径协同改良作物产量与非生物胁迫抗性提供了极具潜力的育种靶点，具有重要的理论价值与育种应用前景。