Nature Biotechnology：beat365賈桂芳課題組與合作者合作報道一種表觀遺傳編輯育種新技術，助力糧食增産，推動農業技術革命

随着世界人口的快速增長，至2050年糧食産量需要再增加50%才能完全滿足需求，如何進一步提高作物産量是亟待解決的嚴峻問題。加之近年來全球氣候變暖、土地幹旱半幹旱加劇、極端天氣等也為糧食安全帶來了巨大挑戰。與此同時，土地沙漠化和荒漠化嚴重，對大自然和人類健康的危害也在日益加劇，如何打造“山水林田湖草”的整體生态文明建設的同時能提供更多的植物原材料也是亟待解決的問題。我國科學家在傳統作物雜交育種和新分子育種提高作物産量做出了巨大的貢獻，但依然迫切需要新技術應對未來的糧食挑戰、森林草原修複和提供足夠的植物原材料等問題。

beat365官方网站賈桂芳課題組緻力于研究RNA甲基化修飾N6-甲基腺嘌呤（m6A）調控植物生長發育及刺激響應的分子機制，繪制了植物拟南芥和玉米的m6A全轉錄圖譜（Nature Communications 2014；Plant Physiology 2020），鑒定和解析了植物拟南芥中m6A去修飾酶ALKBH10B和m6A結合蛋白ECT2、CPSF30-L的生物功能（Plant Cell 2017, 2018; Molecular Plant 2021；Nature Communications 2021），推動了植物RNA表觀遺傳學的研究。

2021年7月22日，賈桂芳課題組與美國芝加哥大學何川教授課題組、貴州大學宋寶安院士課題組合作，共同在《Nature Biotechnology》上發表了題為“RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials”的研究論文。該研究發現通過調節RNA表觀遺傳修飾m6A含量可促進植物生長，提高作物産量和生物量，作為首個糧食增産的表觀遺傳育種新技術，未來有望推進我國農業技術發展。

該研究在單子葉植物水稻和雙子葉植物土豆中引入FTO（哺乳動物體内的RNA去甲基化酶）對植物RAN表觀遺傳修飾m6A進行去甲基化。田間試驗結果表明過表達FTO的水稻和土豆的産量和生物量都顯著增加了約50%。進一步研究發現，過表達FTO可顯著促進水稻分蘖形成和根系生長，增強光合作用效率和抗旱能力。FTO可特異性增強根頂端分生組織細胞的增殖，增加根長和根的數目，從而促進根系生長。深入研究其分子機理發現FTO介導的m6A去甲基化可以促進染色質的開放，激活轉錄，尤其是表型相關基因的轉錄。

該研究開發了一種全新的、具有普适性的表觀遺傳編輯育種技術，可用于培育高産高生物量的優良品種，實現糧食增産。此外改造後的植物根系發達有望更加适應抗旱、抗逆等環境，未來該技術有望應用于森林草原生态修複問題。

FTO對水稻品種日本晴（Nipp）的改造

FTO對馬鈴薯品種鄂薯3号（EM3）的改造

beat365官方网站賈桂芳組博士後喻瓊（作物RNA修飾研究），芝加哥大學何川組博士後劉順（生物信息學分析）為該論文的共同第一作者。beat365官方网站賈桂芳研究員，芝加哥大學何川教授和貴州大學宋寶安院士為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點基礎研究發展計劃項目、北京市自然科學基金、北京光元立方生物技術有限公司和鐘子逸教育基金和北京分子科學國家研究中心的資助。

原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41587-021-00982-9