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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量與氮肥利用率協(xié)同增效的染色體三維結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制

2025-10-31 遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

如何在減少化肥用量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)谷物產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，已成為綠色低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展必須攻克的核心科學(xué)難題。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東團(tuán)隊(duì)，首次揭示了通過(guò)精準(zhǔn)重塑染色質(zhì)三維構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和氮高效協(xié)同改良的新機(jī)制，為培育“少投入、多產(chǎn)出”的新綠色革命品種提供了理論依據(jù)與實(shí)現(xiàn)路徑。

在前期揭示碳氮代謝高效協(xié)同機(jī)制的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“源-庫(kù)”代謝流重編程的新理念。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，位于水稻RCN2基因上游8765bp處的一個(gè)自然變異，可顯著調(diào)控其表達(dá)水平。RCN2蛋白提升了作物產(chǎn)量、氮肥利用效率及收獲指數(shù)。為深入解析遠(yuǎn)端SNP調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制，團(tuán)隊(duì)對(duì)SNP所在的高GC含量基因間區(qū)序列進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)了串聯(lián)重復(fù)的CCCTC（CCCTC binding factor）序列。CTCF鋅指蛋白在動(dòng)物中非常保守，通過(guò)組織染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)參與基因表達(dá)調(diào)控與異染色質(zhì)擴(kuò)散，然而其在植物中的功能尚未見(jiàn)報(bào)道。

團(tuán)隊(duì)首次在植物中鑒定出，功能性絕緣子順式元件INS及其結(jié)合蛋白OsYY1，并證實(shí)其在低氮脅迫下通過(guò)結(jié)合RCN2基因兩端的絕緣子序列介導(dǎo)染色質(zhì)環(huán)化，進(jìn)而抑制RCN2轉(zhuǎn)錄。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用基因編輯技術(shù)，對(duì)局部染色質(zhì)構(gòu)象進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因空間表達(dá)模式及其環(huán)境適應(yīng)的定向優(yōu)化，協(xié)同增強(qiáng)了作物的“源”（碳氮代謝能力）與“庫(kù)”（籽粒儲(chǔ)存能力），為設(shè)計(jì)“綠色超級(jí)稻”提供了全新育種策略。

研究聚焦于基因組非編碼區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)編輯，有效規(guī)避了對(duì)蛋白質(zhì)編碼序列的改變，不僅拓展了基因編輯改良育種的靶標(biāo)范圍，也為克服基因“一因多效”導(dǎo)致的性狀權(quán)衡提供了思路。這一策略為未來(lái)作物設(shè)計(jì)育種確立了可借鑒的新范式。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

論文鏈接

研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量與氮肥利用率協(xié)同增效的染色體三維結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制

如何在減少化肥用量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)谷物產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，已成為綠色低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展必須攻克的核心科學(xué)難題。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東團(tuán)隊(duì)，首次揭示了通過(guò)精準(zhǔn)重塑染色質(zhì)三維構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和氮高效協(xié)同改良的新機(jī)制，為培育“少投入、多產(chǎn)出”的新綠色革命品種提供了理論依據(jù)與實(shí)現(xiàn)路徑。在前期揭示碳氮代謝高效協(xié)同機(jī)制的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“源-庫(kù)”代謝流重編程的新理念。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，位于水稻RCN2基因上游8765bp處的一個(gè)自然變異，可顯著調(diào)控其表達(dá)水平。RCN2蛋白提升了作物產(chǎn)量、氮肥利用效率及收獲指數(shù)。為深入解析遠(yuǎn)端SNP調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制，團(tuán)隊(duì)對(duì)SNP所在的高GC含量基因間區(qū)序列進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)了串聯(lián)重復(fù)的CCCTC（CCCTC binding factor）序列。CTCF鋅指蛋白在動(dòng)物中非常保守，通過(guò)組織染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)參與基因表達(dá)調(diào)控與異染色質(zhì)擴(kuò)散，然而其在植物中的功能尚未見(jiàn)報(bào)道。團(tuán)隊(duì)首次在植物中鑒定出，功能性絕緣子順式元件INS及其結(jié)合蛋白OsYY1，并證實(shí)其在低氮脅迫下通過(guò)結(jié)合RCN2基因兩端的絕緣子序列介導(dǎo)染色質(zhì)環(huán)化，進(jìn)而抑制RCN2轉(zhuǎn)錄。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用基因編輯技術(shù)，對(duì)局部染色質(zhì)構(gòu)象進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因空間表達(dá)模式及其環(huán)境適應(yīng)的定向優(yōu)化，協(xié)同增強(qiáng)了作物的“源”（碳氮代謝能力）與“庫(kù)”（籽粒儲(chǔ)存能力），為設(shè)計(jì)“綠色超級(jí)稻”提供了全新育種策略。研究聚焦于基因組非編碼區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)編輯，有效規(guī)避了對(duì)蛋白質(zhì)編碼序列的改變，不僅拓展了基因編輯改良育種的靶標(biāo)范圍，也為克服基因“一因多效”導(dǎo)致的性狀權(quán)衡提供了思路。這一策略為未來(lái)作物設(shè)計(jì)育種確立了可借鑒的新范式。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。論文鏈接研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量與氮肥利用率協(xié)同增效的染色體三維結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制

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