水稻是我國(guó)60%以上人口的主糧。籽粒大小決定稻米的產(chǎn)量和外觀品質(zhì)。GRAIN WEIGHT 6a（GW6a）是一個(gè)新類型的組蛋白乙?；福ㄈ旧|(zhì)修飾因子），正調(diào)控籽粒大小和水稻產(chǎn)量；然而，目前對(duì)GW6a所在基因家族其他成員，是否以及如何調(diào)控這些性狀的分子機(jī)制和基因網(wǎng)絡(luò)不清楚。

中國(guó)科學(xué)院植物研究所宋獻(xiàn)軍研究組在前期工作基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)與GW6a相比，其同源蛋白HHC4的序列一致性只有11.6%，而且在籽粒大小調(diào)控上，采用了不同的細(xì)胞學(xué)機(jī)制?？蒲腥藛T利用染色質(zhì)免疫沉淀和高通量測(cè)序等技術(shù)，鑒定到與HHC4直接互作、在全基因組上具有共同結(jié)合位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄因子bZIP23。研究發(fā)現(xiàn)，HHC4、bZIP23和輔助蛋白ADA2可以在細(xì)胞核內(nèi)形成三元復(fù)合體，bZIP23招募HHC4到特定基因的啟動(dòng)子區(qū)，HHC4和ADA2增強(qiáng)了bZIP23對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)。遺傳數(shù)據(jù)也表明，這些基因都在同一個(gè)通路中正調(diào)控水稻籽粒大小。酵母文庫(kù)篩選還鑒定到HHC4的另一個(gè)編碼GSK3類激酶的互作蛋白TGW3。TGW3能夠直接對(duì)HHC4的絲氨酸位點(diǎn)S189和S190進(jìn)行磷酸化修飾，而且轉(zhuǎn)基因結(jié)果表明，這些位點(diǎn)的磷酸化，直接參與了對(duì)水稻籽粒大小的調(diào)控。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HHC4的磷酸化降低了其蛋白穩(wěn)定性及與bZIP23的互作，極大地削弱了HHC4作為轉(zhuǎn)錄共激活因子的作用。此外，多年多點(diǎn)的大田實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因提高HHC4表達(dá)，增產(chǎn)可達(dá)24%。該研究為深入闡明染色質(zhì)修飾因子調(diào)控籽粒大小的機(jī)理提出了新見解，為作物高產(chǎn)分子育種提供了有用基因資源。

該研究成果于1月17日在線發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Developmental Cell。植物所已畢業(yè)博士研究生沈少炎為論文第一作者，宋獻(xiàn)軍研究員為通訊作者。該研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

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https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.12.013

TGW3對(duì)HHC4的磷酸化修飾，極大地降低了HHC4的蛋白穩(wěn)定性和三元復(fù)合體HHC4-ADA2-bZIP23對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)，調(diào)控水稻籽粒大小