昆明动物所Nature子刊水稻研究新成果

2013-7-09 10:53 来源: 生物通
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  来自中科院昆明动物研究所、云南省农业科学院等机构的研究人员,在新研究中发现了一个重要的旱稻(upland rice)优良品种标签单核苷酸多态性等位基因(elite variety tag single-nucleotide polymorphism alleles ,ETASs)。相关论文发表在7月5日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

  中科院动物研究所副所长王文(Wen Wang)研究员以及云南省农业科学院粮食作物研究所副所长胡凤益(Fengyi Hu)是这篇论文的共同通讯作者。王文研究员长期来一直致力于自然选择和人工选择下新遗传结构(genetic novelties)及其功能起源进化机制的研究。目前已经分别在Science、Nature、Nature Genetics等重要学术杂志上发表多篇论文。胡凤益一直潜心于水稻品种选育及相关技术研究,近年来发表研究论文30多篇,是云南省中青年学术和技术带头人后备人才。

  作物育种是指以野生植物驯化作为开始,随后进一步地改良地方作物品种和优良品种的过程。因此,从实质上讲作物育种是一个人类引导的进化过程。自然与育种群体为这种进化提供了原材料,而人为选择特定性状则是进化的驱动力。选择少见及有用的突变基因对于农作物驯化和改良至关重要。但一些重要的农艺性状基因往往并不存在于野生株和地方品种中,而是以低频率存在于一些非优良种群中。

  亚洲栽培稻(Oryza sativa)是第一种人类驯化谷类植物。亚洲栽培稻可非为两个主要类型:粳稻(Japonica)和籼稻(Indica),它们是由野生稻O. rufipogon以及O. nivara驯化而来。这些农作物的驯化及随后的地方化导致生成了许多的地方稻种,为水稻育种提供了大量的遗传资源。出于高产量、作物品质,抗生物及非生物胁迫及农艺适应性等不同的目的,育种者们已成功培育出大量携带适当等位基因组合的优良品种。

  通常,育种者是通过称作为数量性状遗传位点(QTL)/基因绘图的传统方法,来鉴别这些农艺性状相关基因的。这种方法推动鉴别了大量的水稻重要基因。尽管其具有突出的优点,但QTL/基因绘图是一种耗时耗力的方法,需要数年的时间来构建出分离群体,要需要进行广泛的基因分型和表型分型。另一种常用的方法:群体关联作图(association mapping)往往会漏掉良种等位基因。而近年来的一些群体基因组学方法,鉴别的也常常是一些常见的等位基因,而漏失了存在于一个或有限数量优良品种中的良种等位基因。

  在这篇新文章中,研究人员首次尝试了一种新方法挖掘优良水稻品种等位基因。研究人员对6个优良品种进行了深度测序,基于基因组数据鉴别了优良品种标签单核苷酸多态性等位基因(ETASs)。通过这种初步的分析,研究人员确定了IRAT104旱稻品种NECD(9- cis-epoxycarotenoid dioxygenase)基因中一个导致蛋白质改变的ETAS及其特征。这一等位基因在旱稻和灌溉稻之间显示出显著的频率差异,并且研究人员在这一等位基因周围观察到存在选择性清除(selective sweep)。功能性分析表明,在旱稻中这一的等位基因与脱落酸水平显著增高,以及侧根密度增高有关。

  新研究揭示了一个重要的旱稻等位基因,并为我们提供了一个有潜力的挖掘罕见、重要农艺性状基因的新策略。