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昆明动物所Nature子刊:水稻研究新成果揭示旱稻优良等位基因

来自中国科学院昆明动物研究所、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优良品种标签单核苷酸多态性等位基因(ETASs)。相关论文发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

中国科学院昆明动物研究所副所长王文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是这篇论文的共同通讯作者。王文研究员长期致力于自然选择和人工选择下新遗传结构及其功能起源进化机制的研究,已在Science、Nature、Nature Genetics等重要学术杂志上发表多篇论文。胡凤益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。

作物育种始于野生植物驯化,随后进一步改良地方品种和优良品种,本质上是一个人类引导的进化过程。自然与育种群体提供进化原材料,人为选择特定性状则是进化的驱动力。选择罕见且有用的突变基因对农作物驯化和改良至关重要,但一些重要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非优良种群中。

亚洲栽培稻(Oryza sativa)是第一种人类驯化的谷类植物,可分为粳稻(Japonica)和籼稻(Indica)两个主要类型,由野生稻O. rufipogon和O. nivara驯化而来。驯化及随后的地方化产生了许多地方稻种,为水稻育种提供了丰富的遗传资源。出于高产、优质、抗生物及非生物胁迫及农艺适应性等目的,育种者已成功培育出大量携带适当等位基因组合的优良品种。

传统上,育种者通过数量性状遗传位点(QTL)/基因作图来鉴别农艺性状相关基因,但该方法耗时耗力,需要数年构建分离群体并进行广泛的基因分型和表型分型。另一种常用方法——群体关联作图常漏掉良种等位基因。近年来的一些群体基因组学方法也主要鉴别常见等位基因,而漏失了存在于有限优良品种中的稀有等位基因。

在这项新研究中,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。他们对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)。通过初步分析,确定了IRAT104旱稻品种中NECD(9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶)基因的一个导致蛋白质改变的ETAS及其特征。该等位基因在旱稻和灌溉稻之间显示出显著的频率差异,且周围存在选择性清除信号。功能性分析表明,在旱稻中,该等位基因与脱落酸水平显著增高以及侧根密度增高有关。

这项研究揭示了一个重要的旱稻等位基因,并提供了一种有潜力的挖掘罕见、重要农艺性状基因的新策略。

(责任编辑:泉水)