水稻为啥如此多样?

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近日,水稻优良种质资源探索与创新利用创新团队、作物基因组选择与育种创新团队和华盛顿圣路易斯大学肯奥尔森团队完成了水稻(亚洲栽培稻)及其祖先种(普通野生稻)非编码长链非编码核糖核酸(lncRNA)的注释,研究了水稻lncRNA的进化历史,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《科学进展》发表。

尽管高达90%的真核基因组可以转录,但只有2%的转录物可以编码蛋白质。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机制具有重要意义。普通野生稻是亚洲栽培稻的相对野生祖先。研究它们之间的差异有助于理解水稻进化中重要农艺性状多样性形成的分子机制。

研究人员通过多种重组方法分析水稻lncRNA,发现亚洲栽培稻中95%的lncRNA表达与其祖先普通野生稻相比下调,下调后的lncRNA在进化过程中具有与目标选择基因组片段相同的群体遗传特征。这些差异表达的lncRNA靶基因在与碳固定和碳水化合物代谢相关的位点富集。通过实验证明,三种低聚氨基酸表达的减少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。

本研究首次从全基因组水平深入研究水稻及其祖先物种的lncRNA结构、表达模式、分子机制和进化历史,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的研究提供了新思路,为水稻全基因组设计和育种提供了路线图,对水稻遗传改良具有重要的指导意义。

郑小明,科学技术研究所的副研究员,是这篇文章的第一作者,杨清文研究员和刘军研究员是这篇文章的通讯作者。该研究得到国家重点研究发展计划、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新项目的支持。

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