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水稻为啥如此多样?

发布时间:2020年06月04日 09:14 | 点击: | 来源:中国科学报  | 作者:韩扬眉

近日,中国农业科学院作物科学研究所水稻优异种质资源发掘与创新利用创新团队、作物基因组选择育种创新团队和华盛顿圣路易斯大学的肯·奥尔森团队合作完成了水稻(亚洲栽培稻)及其祖先种(普通野生稻)非编码区长链非编码RNA(lncRNA)的注释,研究了水稻lncRNA的进化历史,并从全基因组水平揭示了lncRNA调控水稻重要农艺性状变异的分子机制。相关研究结果于12月18日发表在《科学进展》上。

尽管高达90%的真核生物基因组能够发生转录,但仅2%的转录本能够编码蛋白。阐明非编码区变异是揭示作物遗传变异的基础,对农艺性状多样性形成的作用机理具有重要意义。普通野生稻是亚洲栽培稻的近缘野生祖先种,研究二者之间lncRNA的差异有助于深入了解水稻进化中重要农艺性状多样性形成的分子机制。

研究人员通过多重组学方法对水稻lncRNA进行分析发现,与其祖先种普通野生稻相比,亚洲栽培稻中95%的lncRNA表达量下调,且下调的lncRNA在进化过程中具有与受定向选择的基因组区段具有一致的群体遗传学特征。这些差异表达的lncRNA的靶基因富集于与碳固定能力和碳水化合物代谢相关的位点。通过实验验证了3个lncRNA表达量降低直接导致水稻种子淀粉含量和粒重的增加,揭示了水稻产量和品质的多层次调控机制。

该研究首次从全基因组水平对水稻及其祖先种的lncRNA结构、表达模式、分子机制和进化历史进行深入研究,揭示了lncRNA调控水稻重要农艺性状变异的分子机制,为水稻农艺性状变异研究提供了新思路,可为水稻全基因组设计育种提供路线图,对于水稻遗传改良具有重要的指导意义。

作科所副研究员郑晓明为文章第一作者,杨庆文研究员和刘君研究员为论文通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、和中国农科院科技创新工程等项目资助。

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