隨著世界人口的快速增長，至2050年糧食產量需要再增加50%才能完全滿足需求，如何進一步提高作物產量是亟待解決的嚴峻問題。加之近年來全球氣候變暖、土地干旱半干旱加劇、極端天氣等也給糧食安全帶來巨大挑戰。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”的整體生態文明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產量方面作出巨大貢獻，但依然迫切需要新技術應對未來的糧食挑戰、森林草原修復和提供足夠的植物原材料等問題。
北京大學化學與分子工程學院賈桂芳研究員課題組致力于研究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，繪制了植物擬南芥和玉米的m6A全轉錄圖譜（Nature Communications 2014；Plant Physiology 2020），鑒定和解析了植物擬南芥中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。
7月22日，該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合作，共同在Nature Biotechnology發表題為“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水平可促進植物生長，提高作物產量和生物量，作為首個糧食增產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（哺乳動物體內的RNA去甲基化酶）來調控m6A水平。田間試驗結果表明，過表達FTO的水稻和土豆的產量與生物量都顯著增加了約50%。進一步研究發現，過表達FTO可顯著促進水稻分蘗形成和根系生長，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。
該研究開發了一種革新的、具有普適性的表觀遺傳編輯育種技術，用于培育高產高生物量的優良品種，實現糧食增產。此外改造后的植物根系發達，有望更加適應抗旱、抗逆等環境，未來該技術有望應用于森林草原生態修復問題。
FTO對水稻品種日本晴（Nipp）的改造
FTO對馬鈴薯品種鄂薯3號（EM3）的改造
賈桂芳課題組博士后喻瓊（作物RNA修飾研究）、芝加哥大學何川課題組博士后劉順（生物信息學分析）為該論文的共同第一作者。賈桂芳、何川和宋寶安為該論文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、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的資助。該研究大田實驗得到中科院遺傳所李家洋院士課題組幫助。
日期：2021-07-27
北京大學化學與分子工程學院賈桂芳研究員課題組致力于研究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，繪制了植物擬南芥和玉米的m6A全轉錄圖譜（Nature Communications 2014；Plant Physiology 2020），鑒定和解析了植物擬南芥中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。
7月22日，該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合作，共同在Nature Biotechnology發表題為“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水平可促進植物生長，提高作物產量和生物量，作為首個糧食增產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（哺乳動物體內的RNA去甲基化酶）來調控m6A水平。田間試驗結果表明，過表達FTO的水稻和土豆的產量與生物量都顯著增加了約50%。進一步研究發現，過表達FTO可顯著促進水稻分蘗形成和根系生長，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。
該研究開發了一種革新的、具有普適性的表觀遺傳編輯育種技術，用于培育高產高生物量的優良品種，實現糧食增產。此外改造后的植物根系發達，有望更加適應抗旱、抗逆等環境，未來該技術有望應用于森林草原生態修復問題。
FTO對水稻品種日本晴（Nipp）的改造
FTO對馬鈴薯品種鄂薯3號（EM3）的改造
賈桂芳課題組博士后喻瓊（作物RNA修飾研究）、芝加哥大學何川課題組博士后劉順（生物信息學分析）為該論文的共同第一作者。賈桂芳、何川和宋寶安為該論文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、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的資助。該研究大田實驗得到中科院遺傳所李家洋院士課題組幫助。
日期：2021-07-27
