神奇！添加一个肥胖基因，水稻可增产50%
粮食是关乎国计民生的大事。随着世界人口的快速增长，至2050年粮食产量预期需要再增加50%才能完全满足需求，因此如何进一步提高作物产量是亟待解决的严峻问题。
多年来，我国农业科学家们始终致力于农作物增产增收的研究，在传统作物杂交育种和新分子育种提高作物产量方面做出了巨大的贡献，但依然迫切需要新技术应对未来的粮食挑战，森林草原修复，和提供足够的植物原材料等问题。
早在2010年，芝加哥大学教授何川首次提出“RNA表观遗传学”猜想，预测在RNA上可能存在可逆的化学修饰，如同DNA和组蛋白可逆化学修饰调控基因转录一样，对基因表达具有重要的调控功能。
后来，这个预测在2011年被当时还在何川教授实验室做博士后的贾桂芳及其他研究人员证实。他们在Nature Chemical Biology发文，报道了第一个RNA化学修饰m6A的去修饰酶FTO，首次揭示了RNA上的甲基化修饰动态可逆，对基因表达具有重要的调控功能，开启了“RNA表观遗传学”新方向。
回到北京大学后的贾桂芳开始以植物为主要研究对象，开展RNA表观遗传学研究。研究表明，FTO为动物中的RNA去甲基酶，是动物中的肥胖基因，这个蛋白不存在植物体内。，植物对这个蛋白的反应非常强烈，引入后能够让植物的产
量、生物量变大。
近日，北京大学贾桂芳课题组与合作者美国芝加哥大学何川课题组、贵州大学宋宝安课题组公布了他们的最新研究成果。这篇题为“RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials”的研究长文，发表在2021年7月22日的Nature Biotechnology（《自然-生物技术》）杂志上。
研究人员选择水稻和马铃薯两种重要的经济作物引入FTO，田间试验结果表明，过表达FTO的水稻和土豆的产量与生物量都显著增加了约50%。进一步研究发现，过表达FTO可显著促进水稻分蘖形成和根系生长，增强光合作用效率和抗旱能力。FTO可特异性增强根顶端分生组织细胞的增殖，增加根长和根的数目，从而促进根系生长。深入研究其分子机理发现，FTO介导的m6A去甲基化可以促进染色质的开放，激活转录，尤其是表型相关基因的转录。
FTO对水稻品种日本晴（Nipp）的改造
FTO对马铃薯品种鄂薯3号（EM3）的改造
该研究发现，通过调节RNA表观遗传修饰m6A水平可促进植物生长，提高作物产量和生物量，作为首个粮食增产的表观遗传育种新技术，未来有望推进我国农业技术发展。
本项技术在单子叶植物水稻和双子叶植物土豆中的成功应用，预示该技术具有一定的植物普适性。研究开辟了全新的植物育种方向，是该领域的一项重大突破，对未来应对粮食危机，维护和改善生态体系和提供充足植物原材料提出了一种全新的技术。未来RNA表观遗传学改良育种新方向将有望对世界粮食作物和经济作物生产带来新的革命。
中科院植物所研究员、中国科学院院士种康认为，贾桂芳与何川、宋宝安实验室联合，利用外源动物RNA去甲基酶FTO对植物RNA修饰m6A进行特异性去甲基化，激活了植物内部本身存在但我们之前一直不了解的开关。
他指出，这项技术作为新的表观遗传编辑育种技术，在单子叶植物水稻和双子叶植物土豆都有效果，不仅提高大田产量和生物量，还具有根系发达、高光合效率和抗旱等特性，可能具有一定普适性。
（本文参考腾讯网、北青网有关文章编写）
