中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所水稻優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團(tuán)隊、作物基因組選擇育種創(chuàng)新團(tuán)隊和華盛頓圣路易斯大學(xué)肯·奧爾森團(tuán)隊合作完成水稻(亞洲栽培稻)及其祖先種(普通野生稻)非編碼區(qū)長鏈非編碼RNA(lncRNA)注釋,研究了水稻lncRNA的進(jìn)化歷史,并從全基因組水平揭示lncRNA調(diào)控水稻重要農(nóng)藝性狀變異的分子機(jī)制?!犊茖W(xué)進(jìn)展(Science Advances)》于12月18日發(fā)表該成果。
據(jù)楊慶文研究員介紹,盡管高達(dá)90%的真核生物基因組能夠發(fā)生轉(zhuǎn)錄,但僅2%的轉(zhuǎn)錄本能夠編碼蛋白。闡明非編碼區(qū)變異是揭示作物遺傳變異的基礎(chǔ),對農(nóng)藝性狀多樣性形成的作用機(jī)理具有重要意義。普通野生稻是亞洲栽培稻的近緣野生祖先種,研究二者之間lncRNA的差異有助于深入了解水稻進(jìn)化中重要農(nóng)藝性狀多樣性形成的分子機(jī)制。
研究人員通過多重組學(xué)方法對水稻lncRNA進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),與其祖先種普通野生稻相比,亞洲栽培稻中95%的lncRNA表達(dá)量下調(diào),且下調(diào)的lncRNA在進(jìn)化過程中具有與受定向選擇的基因組區(qū)段具有一致的群體遺傳學(xué)特征。這些差異表達(dá)的lncRNA的靶基因富集于與碳固定能力和碳水化合物代謝相關(guān)的位點。通過實驗驗證了3個lncRNA表達(dá)量降低直接導(dǎo)致水稻種子淀粉含量和粒重的增加,揭示了水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的多層次調(diào)控機(jī)制。
該研究首次從全基因組水平對水稻及其祖先種的lncRNA結(jié)構(gòu)、表達(dá)模式、分子機(jī)制和進(jìn)化歷史進(jìn)行深入研究,揭示了lncRNA調(diào)控水稻重要農(nóng)藝性狀變異的分子機(jī)制,為水稻農(nóng)藝性狀變異研究提供了新思路,可為水稻全基因組設(shè)計育種提供路線圖,對于水稻遺傳改良具有重要的指導(dǎo)意義。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目資助。(通訊員 衛(wèi)斐)