For grain crops such as rice (Oryza sativa), grain size substantially affects yield. The histone acetyltransferase GRAIN WEIGHT 6a (GW6a) determines grain size and yield in rice. However, the gene regulatory network underlying GW6a-mediated regulation of grain size has remained elusive. In this study, we show that GW6a interacts with HOMOLOG OF DA1 ON RICE CHROMOSOME 3 (HDR3), a ubiquitin-interacting motif-containing ubiquitin receptor. Transgenic rice plants overexpressing HDR3 produced larger grains, whereas HDR3 knockout lines produce smaller grains compared to the control. Cytological data suggest that HDR3 modulates grain size in a similar manner to GW6a, by altering cell proliferation in spikelet hulls. Mechanistically, HDR3 physically interacts with and stabilizes GW6a in an ubiquitin-dependent manner, delaying protein degradation by the 26S proteasome. The delay in GW6a degradation results in dramatic enhancement of the local acetylation of H3 and H4 histones. Furthermore, RNA sequencing analysis and chromatin immunoprecipitation assays reveal that HDR3 and GW6a bind to the promoters of and modulate a common set of downstream genes. In addition, genetic analysis demonstrates that HDR3 functions in the same genetic pathway as GW6a to regulate the grain size. Therefore, we identified the grain size regulatory module HDR3–GW6a as a potential target for crop yield improvement.

中文翻译：

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泛素相互作用基序型泛素受体 HDR3 与组蛋白乙酰转移酶 GW6a 相互作用并使其稳定以控制水稻的颗粒大小

对于水稻（Oryza sativa）等粮食作物，颗粒大小会显着影响产量。组蛋白乙酰转移酶 GRAIN WEIGHT 6a (GW6a) 决定了水稻的籽粒大小和产量。然而，GW6a 介导的晶粒大小调控的基因调控网络仍然难以捉摸。在这项研究中，我们发现 GW6a 与水稻染色体 3 (HDR3) 上的 DA1 同源物相互作用，HDR3 是一种含有泛素相互作用基序的泛素受体。与对照相比，过表达 HDR3 的转基因水稻植物产生较大的谷物，而 HDR3 敲除系产生较小的谷物。细胞学数据表明 HDR3 通过改变小穗壳中的细胞增殖以与 GW6a 相似的方式调节颗粒大小。从机制上讲，HDR3 以一种依赖泛素的方式与 GW6a 物理相互作用并使其稳定，延缓 26S 蛋白酶体对蛋白质的降解。GW6a 降解的延迟导致 H3 和 H4 组蛋白的局部乙酰化显着增强。此外，RNA 测序分析和染色质免疫沉淀分析显示 HDR3 和 GW6a 与一组常见下游基因的启动子结合并调节。此外，遗传分析表明 HDR3 在与 GW6a 相同的遗传途径中发挥作用，以调节晶粒大小。因此，我们将粒度调节模块 HDR3-GW6a 确定为提高作物产量的潜在目标。RNA 测序分析和染色质免疫沉淀分析表明 HDR3 和 GW6a 与一组常见的下游基因的启动子结合并调节。此外，遗传分析表明 HDR3 在与 GW6a 相同的遗传途径中发挥作用，以调节晶粒大小。因此，我们将粒度调节模块 HDR3-GW6a 确定为提高作物产量的潜在目标。RNA 测序分析和染色质免疫沉淀分析表明 HDR3 和 GW6a 与一组常见的下游基因的启动子结合并调节。此外，遗传分析表明 HDR3 在与 GW6a 相同的遗传途径中发挥作用，以调节晶粒大小。因此，我们将粒度调节模块 HDR3-GW6a 确定为提高作物产量的潜在目标。