水稻株高表观遗传调控研究取得重大进展

近日，南京农业大学和中国农业科学院万建民课题组在The Plant Cell发表题为Identification and Characterization of an Epi-allele of FIE1 Reveals a Regulatory Linkage between two Epigenetic Marks in Rice的文章。该研究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。

据悉，万建民课题组长期从事水稻功能基因方面的研究，致力于解决水稻籼粳亚种间杂种优势利用的障碍。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。该课题组发现的一个显性矮秆突变体Epi-df具有较强的降秆能力，有望在水稻籼粳杂种优势利用中解决F1代株高偏高问题。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。