コメの3D DNAルーピングが肥料削減による高収量への道を開く(3D DNA Looping Discovery in Rice Paves the Way for Higher Yields with Less Fertilizer)

2025-10-29 中国科学院(CAS)

中国科学院遺伝発生生物学研究所の傅向東(Fu Xiangdong)教授らは、イネのDNAに存在する三次元ループ構造(クロマチンループ)が、穂の形成と窒素利用効率(NUE)を同時に高める仕組みを発見した。研究チームは、収量とNUEをともに制御する遺伝領域qINCA2を特定し、その内部にあるRCN2遺伝子の上流8,765塩基に位置する一塩基多型(SNP)が、遺伝子活性を強化して穂枝数と光合成・窒素同化を向上させることを突き止めた。このSNP領域にはCCCTCモチーフが繰り返し存在し、これに結合するOsYY1タンパク質がクロマチンループ形成を促進してRCN2を活性化する。これにより炭素・窒素代謝を統合的に制御し、低窒素条件でも高い収量を維持できた。OsYY1は植物で初めて発見されたCTCF様タンパク質であり、クロマチンループを介した転写制御が植物育種に応用可能であることを示す。本成果は『Nature Genetics』誌に掲載された。

コメの3D DNAルーピングが肥料削減による高収量への道を開く(3D DNA Looping Discovery in Rice Paves the Way for Higher Yields with Less Fertilizer)Enhanced sustainable Green Revolution yield via chromatin loop extrusion-driven transcriptional regulation of RCN2. (Image by IGDB)

<関連情報>

クロマチンループの押し出しを正確に制御することで、イネにおける持続可能な緑の革命の収量を向上させる Precise control of chromatin loop extrusion enhances sustainable green revolution yield in rice

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Nature Genetics  Published:29 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41588-025-02376-y

Abstract

Continuous and excessive use of inorganic fertilizers underlies current global crop production; therefore, reducing fertilizer use while increasing crop productivity is critical for ensuring agricultural sustainability and food security. Here we show that the natural variant of RCN2, a rice TERMINAL FLOWER 1/CENTRORADIALIS homolog, enhances photosynthesis, nitrogen assimilation and grain yield by restricting chromatin loop extrusion. RCN2 competitively inhibits the interaction between growth-repressing DELLA proteins and SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE transcription factors, breaking the green revolution trade-off between plant growth and metabolism of carbon and nitrogen. We demonstrate that targeting CCCTC-containing insulator elements at the RCN2 locus confers not only decoupling tillering and panicle branching without affecting beneficial semi-dwarfism, but also improves source-to-sink carbon allocation and nitrogen-use efficiency, consequently increasing harvest index and rice yield at low nitrogen fertilization levels. Precise modulation of loop extrusion thus enables new breeding strategies to reduce nitrogen fertilizer use in high-yield cereal crops.

1202農芸化学
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