如何在減少化肥用量的同時實現谷物產量持續增長，已成為綠色低碳農業發展必須攻克的核心科學難題。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東團隊，首次揭示了通過精準重塑染色質三維構象，實現水稻高產和氮高效協同改良的新機制，為培育“少投入、多產出”的新綠色革命品種提供了理論依據與實現路徑。
在前期揭示碳氮代謝高效協同機制的基礎上，團隊創新性地提出“源-庫”代謝流重編程的新理念。團隊發現，位于水稻RCN2基因上游8765bp處的一個自然變異，可顯著調控其表達水平。RCN2蛋白提升了作物產量、氮肥利用效率及收獲指數。為深入解析遠端SNP調控基因表達的機制，團隊對SNP所在的高GC含量基因間區序列進行了系統分析，發現了串聯重復的CCCTC（CCCTC binding factor）序列。CTCF鋅指蛋白在動物中非常保守，通過組織染色質三維結構參與基因表達調控與異染色質擴散，然而其在植物中的功能尚未見報道。
團隊首次在植物中鑒定出，功能性絕緣子順式元件INS及其結合蛋白OsYY1，并證實其在低氮脅迫下通過結合RCN2基因兩端的絕緣子序列介導染色質環化，進而抑制RCN2轉錄。團隊進一步利用基因編輯技術，對局部染色質構象進行精細調控，實現對基因空間表達模式及其環境適應的定向優化，協同增強了作物的“源”（碳氮代謝能力）與“庫”（籽粒儲存能力），為設計“綠色超級稻”提供了全新育種策略。
研究聚焦于基因組非編碼區進行定點編輯，有效規避了對蛋白質編碼序列的改變，不僅拓展了基因編輯改良育種的靶標范圍，也為克服基因“一因多效”導致的性狀權衡提供了思路。這一策略為未來作物設計育種確立了可借鑒的新范式。
相關研究成果發表在《自然-遺傳學》（Nature Genetics）上。研究工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
論文鏈接
研究發現水稻產量與氮肥利用率協同增效的染色體三維結構調控機制
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