近日，《Plant Physiology》雜志在線發(fā)表山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙翔宇教授、周超副教授課題組的研究論文，題為“ZmSSRP1-mediated chromatin Accessibility Modulates Maize Development via Regulation of ZmBRD1 Transcription”。該研究綜合運(yùn)用圖位克隆、多組學(xué)聯(lián)合分析及分子生化驗(yàn)證，揭示了FACT復(fù)合體亞基ZmSSRP1通過介導(dǎo)染色質(zhì)開放狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，調(diào)控油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid， BR）合成關(guān)鍵基因ZmBRD1的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而改變玉米內(nèi)源BR活性物質(zhì)含量，最終協(xié)同調(diào)控籽粒發(fā)育與株型建成的分子機(jī)制。該成果為玉米高產(chǎn)耐密分子育種提供了重要理論依據(jù)與優(yōu)異基因資源。

圖1 ZmSSRP1調(diào)控玉米籽粒及株型發(fā)育的分子機(jī)制模型

染色質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)控是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的核心環(huán)節(jié)。促染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體FAcilitates Chromatin Transcription（FACT）通過介導(dǎo)核小體組裝與去組裝調(diào)控轉(zhuǎn)錄，但其在玉米生長(zhǎng)發(fā)育中的具體功能和調(diào)控機(jī)制仍有待解析。研究團(tuán)隊(duì)通過EMS誘變獲得玉米發(fā)育突變體smk301，其純合突變體表現(xiàn)為籽粒變小、株高降低。利用圖位克隆將突變位點(diǎn)定位于8號(hào)染色體，確定基因?yàn)閆mSSRP1。CRISPR/Cas9敲除該基因降低粒重，過表達(dá)則顯著提高粒重，證實(shí)ZmSSRP1正向調(diào)控籽粒發(fā)育。該基因組成型表達(dá)且定位于細(xì)胞核，可與ZmSPT16形成 FACT 復(fù)合體。多組學(xué)分析表明，突變體整體染色質(zhì)開放度降低，下游基因富集于染色質(zhì)組裝與激素通路，其中ZmBRD1等基因開放度與表達(dá)顯著下調(diào)。ChIP-qPCR證明ZmSSRP1結(jié)合ZmBRD1啟動(dòng)子開放區(qū)域調(diào)控其轉(zhuǎn)錄。ZmBRD1為BR生物合成關(guān)鍵限速酶，突變體中BR活性物質(zhì)含量大幅下降，外源施加BR能部分恢復(fù)突變體株高與籽粒表型。綜上，本研究揭示ZmSSRP1維持染色質(zhì)開放，激活ZmBRD1轉(zhuǎn)錄以保證正常BR合成，進(jìn)而協(xié)同調(diào)控玉米籽粒與株型發(fā)育的分子機(jī)制。該研究闡明了玉米FACT復(fù)合體的生物功能，建立染色質(zhì)重塑調(diào)控激素合成的新通路。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士研究生武嘉文、已畢業(yè)碩士研究生王煜與在讀博士鄭光明為該論文的并列第一作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙翔宇教授與周超副教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波