近日，我校生命科学学院、国家重点实验室刘耀光院士团队在植物学新刊Plant Communications（影响因子8.625，生物1区）发表了题为“Rice OsUBR7 modulates plant height by regulating histone H2B monoubiquitination and cell proliferation”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100412）。
水稻（Oryza sativa L.）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。在本研究中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。
图1. 水稻半矮秆突变体osubr7表型鉴定
本研究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。
图2. OsUBR7蛋白调控的功能模式图
我校刘耀光院士和生命科学学院初志战副教授为共同论文通讯作者。生命科学学院刘耀光院士课题组已毕业博士郑洋谊为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和广东省自然科学基金等项目的资助。
文图/生命科学学院 初志战