表觀遺傳調控水稻重要農藝性狀研究獲進展

　　轉座子(transposon)是一段自身能夠插入到基因組上的DNA片段，上世紀40年代，芭芭拉·麥克林托克(Barbara McClintock)首先在玉米中發現了轉座子。從簡單的細菌到復雜的人類，轉座子廣泛存在。轉座子隨機插入到重要基因中，會引發疾病、癌癥和其他生理缺陷。DNA甲基化、組蛋白修飾和小分子RNA等表觀遺傳修飾嚴格控制轉座子沉默。

　　水稻是重要的糧食作物和單子葉模式植物，水稻基因組超過35%的序列由轉座子和重復序列構成。中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風實驗室前期工作發現，DNA甲基化、組蛋白甲基化和組蛋白去甲基化調控水稻Tos17和 Karma轉座子活性，但小分子RNA對水稻轉座子及其旁鄰基因的表觀遺傳調控還不清楚。

　　曹曉風課題組通過對負責加工產生小分子RNA 的酶OsDCL3a的研究，揭示依賴OsDCL3a的24-nt 小分子RNA主要通過調控轉座子旁臨基因的表達進而對水稻重要農藝性狀精細調控。

　　研究人員發現，水稻OsDCL3a RNAi株系表現出株高降低、葉夾角變大以及穗長變短的多效發育表型。依賴OsDCL3a的24-nt小分子RNA主要來源于水稻基因組上的重復序列，特別是MITE類轉座子位點。這些24-nt 小分子RNA通過介導H3K9me2等異染色質修飾調控旁鄰基因的表達，其中包括多個調節赤霉素和油菜素內酯平衡的關鍵基因。這些基因在水稻株高和葉夾角等重要農藝形狀的形態建成中發揮重要作用。

　　該工作揭示了24-nt小分子RNA調控水稻基因組中的MITE類轉座子及其附近基因表達的表觀遺傳調控基礎。 24-nt小分子RNA調控轉座子進而調控重要農藝性狀，為進一步從表觀遺傳角度進行水稻改良及分子設計育種提供新的線索和手段。MITE類轉座子在動、植物中廣泛存在，該機制很可能不僅在水稻、玉米等農作物中是保守的，還可能為腫瘤發生等研究提供重要線索。

　　相關結果于2月19日在PNAS 雜志在線發表。曹曉風課題組的博士研究生魏麗亞以及顧連峰博士和宋顯偉博士為共同第一作者。該研究得到了國家重點基礎研究計劃“973”項目、轉基因專項和國家自然科學基金委項目的資助。