水稻作為全球最重要的糧食作物之一，其籽粒大小直接影響產量和外觀品質。穎殼作為包裹胚和胚乳的外層結構，其發育過程通過調控細胞增殖和擴張決定籽粒的最終大小。雖然已有研究鑒定了多個調控粒型的通路和相關基因，如G蛋白信號通路、MAPK信號通路、植物激素通路以及多種轉錄調控因子，但對穎殼發育過程中基因表達的動態變化規律及其轉錄調控網絡仍缺乏系統認識。

近日，華南農業大學謝先榮研究研究組在Plant Journal上發表了題為Time-course transcriptome and chromatin accessibility analyses reveal the dynamic transcriptional regulation shaping spikelet hull size的研究論文。該研究基于時序性的RNA-seq與ATAC-seq測序和分析，系統揭示了水稻穎殼發育早期的基因表達和染色質可及性的動態圖譜，發現多個關鍵調控因子及其互作網絡，為解析水稻籽粒發育背后的轉錄調控網絡和籽粒大小的遺傳改良提供了重要的資源和見解。

該研究結合RAN-seq和ATAC-seq技術，構建了秈稻品種明恢63（MH63）穎殼發育7個階段（SL1~SL7）的動態轉錄調控圖譜，發現在穎殼發育過程中約有一半的基因呈現時序性表達的規律，而染色質開放區的可及性變化相對較小，其中，僅有部分開放區的可及性波動和鄰近基因的表達變化呈現較強的相關性。通過分析各轉錄因子家族的表達變化，作者發現生長調節因子（GRFs）成員均在穎殼發育早期高表達，并進一步通過基因編輯技術驗證了部分成員對粒型的影響。基于Footprint分析，發現GRFs可能通過直接影響包括光合作用、植物激素信號轉導、淀粉代謝等通路調控籽粒大小。此外，作者發現生長素和細胞分裂素可能通過下游的響應因子的轉錄協同，從而調節穎殼細胞的增殖和伸長。

圖1 研究構建了水稻穎殼發育過程中的轉錄組和染色質可及性圖譜

該研究進一步鑒定到一個GRAS家族成員SCL6-IIb是粒型的負向調控因子，在中花11中敲除SCL6-IIb，導致粒長增加。通過ATAC-seq的footprint分析聯合酵母單雜交發現OsSPL18通過結合SCL6-IIb啟動子區的"GTAC" motif直接激活其表達。對SCL6-IIb啟動子的開放區域進行編輯，獲得了多個粒長增加的編輯株系。

圖2研究發現GRAS家族成員SCL6-IIb調控水稻籽粒大小

此外，為了便于本研究中建立的水稻穎殼發育過程的時序性RNA-seq和ATAC-seq數據利用，研究團隊開發了一個該組學數據的交互式在線查詢網站（訪問地址：http://www.crispr-ge.com/rice/）。

華南農業大學農學院廣東省高等學校未來作物精準育種基礎研究卓越中心、亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室謝先榮副研究員為通訊作者，第一作者為華南農業大學博士生陳紹通。團隊的劉耀光院士和陳樂天教授對該研究給予了指導，華中農業大學李興旺教授在ATAC-seq文庫構建上提供了重要的幫助。該項目得到了國家自然科學基金和廣東省基礎與應用基礎研究重大專項的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/tpj.70141