李云海等团队合作发现表观遗传修饰调控水稻产量的重要机制

　　

水稻是全球最重要的粮食作物之一，为超过半数人口提供主食。籽粒大小和重量是决定水稻产量的核心性状，因此挖掘种子大小关键调控因子，解析其分子机制，将为高产育种提供理论基础和分子靶点。表观遗传修饰因子、转录因子等参基因的转录和表达调控，在种子生长发育中发挥重要作用。然而在转录调控途径中，组蛋白修饰因子、中介体复合体与转录因子如何协同调控种子大小和产量的分子机制仍不清楚。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与海南大学罗越华教授合作，在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表题为“The Mediator subunit OsMED23 associates with the histone demethylase OsJMJ703 and the transcription factor OsWOX3A to control grain size and yield in rice”的研究论文，揭示了转录抑制复合体OsJMJ703-OsMED23-OsWOX3A调控水稻籽粒大小与产量的新机制。研究团队获得一系列水稻籽粒大小发生变化的突变体，其中ng1和ng2突变体表现出籽粒变小、植株矮化及叶片变窄的表型。NG1和NG2分别编码细胞核定位的中介体复合体亚基OsMED23和H3K4去甲基化酶OsJMJ703。OsMED23与OsJMJ703在生化上能直接互作，并在遗传上位于同一通路调控籽粒大小和重量。进一步研究发现，OsJMJ703-OsMED23与转录因子OsWOX3A互作，并形成一个三元调控模块，通过结合籽粒大小和重量关键基因GW2和OsLAC的启动子区域，降低H3K4me3修饰水平进而抑制其表达。田间试验表明，过量表达OsMED23或OsJMJ703的转基因植株水稻籽粒大小和重量显著增加，小区产量提高15.2%-18.9%。该研究首次揭示了中介体复合体、组蛋白修饰酶与转录因子协同调控籽粒大小和产量的新机制，为作物高产分子设计育种提供了新靶点。

??? 该研究于2025年3月21日发表于PNAS (https://doi.org/10.1073/pnas.2419464122)。李云海团队已毕业博士生黄洛将 （现任海南大学副教授）、联合培养博士生方娜、团队工作人员张丽敏（现任内蒙古大学教授）和已毕业博士生徐冉（现任海南大学教授）为共同第一作者，李云海研究员和罗越华教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划等项目的资助。

图. OsJMJ703-OsMED23-OsWOX3A途径调控水稻籽粒大小和产量