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水稻半矮秆基因OsUBR7的作用机制获揭示
近日，中国科学院院士、华南农业大学生命科学学院教授刘耀光团队研究揭示水稻半矮秆基因OsUBR7的表达调控及其作用机制。相关研究发表于Plant Communications。刘耀光院士和初志战副教授为该论文共同论文通讯作者。刘耀光团队已毕业博士郑洋谊为第一作者。
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，同时也是单子叶植物基因组和遗传学研究的模式生物。株高作为农作物抗倒伏和高产育种的重要农艺性状，也是影响水稻产量的重要影响因素之一。因此，深入研究水稻半矮秆基因的表达调控及其作用机制，可以为完善水稻株高发育的分子机理和育种改良提供理论依据。
在本研究工作中，研究人员发现了一个新的水稻半矮秆突变体osubr7以及相关基因OsUBR7，该基因编码一个单泛素化修饰组蛋白H2B（H2Bub1）的E3泛素连接酶。H2Bub1是染色质中组蛋白的一种常见且重要的表观遗传修饰，与真核生物的基因转录活性的调节密切相关。然而，H2Bub1在植物株高发育中的调节作用仍然很少被研究。
研究人员通过一系列生化实验证明了OsUBR7作为一种新的E3连接酶催化水稻H2B单泛素化，是许多与细胞增殖和器官发育相关的基因位点的表观遗传调节因子。在野生型水稻中，OsUBR7特异性结合某些染色质区域的H2B并在K148处单泛素化修饰，此过程由OsUBC18充当OsUBR7的特异性E2泛素结合酶。通过改变这些基因位点的染色质状态，维持正常转录和细胞周期进程以确保正常发育。
然而，在osubr7突变体植株中，OsUBR7的功能丧失导致靶基因位点的H2Bub1水平降低，从而降低靶基因的表达水平。受到抑制的细胞周期进程会导致节间变短，从而导致osubr7突变体的株高降低。OsUBR7所介导的这一新的植物H2Bub1修饰机制，不仅扩展了UBR7家族在真核生物中的已知功能也可以作为未开发的表观遗传资源，用来改善作物的株型和抗倒伏性状。
相关研究工作得到了广东省基础与应用基础研究重大专项基金、国家自然科学基金、岭南现代农业实验室项目和广东省自然科学基金等项目的资助。
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