イネの窒素応答性クロマチン調節による持続可能なグリーン革命収量の向上

Enhanced sustainable green revolution yield via nitrogen-responsive chromatin modulation in rice.

• Kun Wu
• Shuansuo Wang
• Wenzhen Song
• Jianqing Zhang
• Yun Wang
• Qian Liu
• Jianping Yu
• Yafeng Ye
• Shan Li
• Jianfeng Chen
• Ying Zhao
• Jing Wang
• Xiaokang Wu
• Meiyue Wang
• Yijing Zhang
• Binmei Liu
• Yuejin Wu
• Nicholas P Harberd
• Xiangdong Fu

抄録

現在の世界的な穀物収量の背景には、環境を悪化させる無機肥料の使用があるため、将来の農業の持続可能性のためには、窒素利用効率の向上が求められている。本研究では、ヒストンH3リジン27トリメチル化（H3K27me3）をゲノムワイドに促進することで、窒素による稲の耕起促進が可能であることを明らかにした。APETALA2ドメイン転写因子NGR5（NITROGEN-MEDIATED TILLER GROWTH RESPONSE 5）は、H3K27me3修飾を介して分岐抑制遺伝子を抑制するためのポリコム抑制複合体2の窒素依存的なリクルートを促進する。NGR5は、ジベレリン受容体GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1（GID1）によって促進されたプロテアソーム破壊の標的となる。DELLAタンパク質（保存されたアスパラギン酸-グルタミン酸-ロイシン-アラニンモチーフの存在によって特徴づけられる）は、GID1-NGR5相互作用を競合的に阻害し、緑の革命品種の枯れの増加を説明する。NGR5の活性が増加すると、結果的に枯れが窒素制御から切り離され、窒素施肥レベルが低い場合でもイネの収量が増加することになる。このようにして、NGR5は、将来の農業の持続可能性と食糧安全保障の向上に向けて、窒素利用効率の向上を可能にしている。

Because environmentally degrading inorganic fertilizer use underlies current worldwide cereal yields, future agricultural sustainability demands enhanced nitrogen use efficiency. We found that genome-wide promotion of histone H3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3) enables nitrogen-induced stimulation of rice tillering: APETALA2-domain transcription factor NGR5 (NITROGEN-MEDIATED TILLER GROWTH RESPONSE 5) facilitates nitrogen-dependent recruitment of polycomb repressive complex 2 to repress branching-inhibitory genes via H3K27me3 modification. NGR5 is a target of gibberellin receptor GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1 (GID1)-promoted proteasomal destruction. DELLA proteins (characterized by the presence of a conserved aspartate-glutamate-leucine-leucine-alanine motif) competitively inhibit the GID1-NGR5 interaction and explain increased tillering of green revolution varieties. Increased NGR5 activity consequently uncouples tillering from nitrogen regulation, boosting rice yield at low nitrogen fertilization levels. NGR5 thus enables enhanced nitrogen use efficiency for improved future agricultural sustainability and food security.

Copyright © 2020 The Authors, some rights reserved; exclusive licensee American Association for the Advancement of Science. No claim to original U.S. Government Works.