JGG |非洲栽培稻“光身”的分子机制
发布日期:2022-10-13 浏览次数:1  信息来源:生物学院


202228日,Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学大学朱作峰教授团队题为“The genetic control of glabrous glume during African rice domestication”的研究论文。该研究揭示了非洲栽培稻驯化过程中,颖壳和叶片变光滑的分子机制,为非洲栽培稻的独立起源提供了新的分子证据。

水稻是重要的粮食作物,全球一半以上的人口以水稻为主食。稻属含有两个栽培种,即亚洲栽培稻(Oryza sativa)和非洲栽培稻(O. glaberrima)它们分别由亚洲的普通野生稻O. rufipogon和非洲的短舌野生稻(O. barthii)驯化而来在栽培稻的驯化过程中,人类不断改变野生稻的形态,使之便于种植和收获,例如种子落粒性丧失,植株由匍匐变为直立,芒变短或消失等。野生稻的颖壳和叶片布满毛刺,这对于野生稻自身是一种保护结构,但人类种植和收获过程中容易受到毛刺的伤害,而且增加了稻谷的储藏体积。大多数非洲栽培稻的颖壳和叶片光滑无毛,因而又被称为“光身稻”或“光壳稻”。然而,非洲栽培稻光身性状形成的分子机制仍然不清楚。

1非洲野生稻W1411和栽培稻IRGC104165颖壳表面表型比较

GLAG5的图位克隆

该研究利用图位克隆的策略从非洲野生稻W1411中分离了一个控制颖壳和叶片毛状体形成的基因GLAG5GLABROUS GLUME 5),进一步研究发现非洲栽培稻驯化过程中, GLAG5启动子区域的一个hAT转座子插入突变,导致光壳表型。

2 GLAG5的图位克隆

 

GLAG5的功能验证及关键变异的验证

利用遗传互补实验和基因编辑验证了GLAG5就是控制壳刺和叶片毛状体的基因。研究还发现GLAG5基因具有多效性,基因编辑突变体花器官和株型不能正常发育。研究发现hAT转座子插入,引起GLAG5启动子区域DNA的甲基化,进而抑制了该基因的表达,导致光壳表型。

3. GLAG5的功能验证和hAT转座子插入对GLAG5的影响

 

GLAG5的分子进化分析

在调查的82个非洲栽培稻品种中,所有59个携带hAT转座子的品种,均表现光壳稻特征;而其余23个缺少hAT转座子的品种,颖壳和叶片均布满毛刺;πwc值表明hAT转座子的插入对GLAG5基因座周围约150 kb区间的遗传多样性有影响。这表明glag5启动子区域的转座子插入变异是导致非洲栽培稻光壳表型的关键变异。

 

4.GLAG5的分子进化分析

 

结论与讨论

GLAG5基因的鉴定和演化分析,不仅为非洲栽培稻的独立起源提供了新的分子证据,也表明选择多效性基因启动子区域变异是作物驯化的一种重要方式。

中国农业大学大学农业生物技术国家重点实验室/农学院博士生常乐钦为该论文第一作者,朱作峰教授为通讯作者。中国农业大学水稻研究中心的胡敏博士、宁静博士、何苇博士以及付永彩教授、刘凤霞副教授、孙红荧副教授以及孙传清教授的对该论文的指导和帮助。感谢非洲水稻研究中心的Marie-Noelle Ndjiondjop对本论文的支持。相关工作得到国家自然科学基金资助(31925029)。

 


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