中新網(wǎng)北京3月31日電 近日，《科學》雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院李建生和楊小紅團隊聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學嚴建兵團隊的研究論文“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”。
據(jù)悉，研究首次挖掘出同時控制玉米和水稻產(chǎn)量性狀的基因KRN2和OsKRN2；發(fā)現(xiàn)這兩個基因在馴化過程中受到趨同選擇；在全基因組水平上揭示了玉米和水稻趨同選擇的遺傳規(guī)律。
論文在Science官方網(wǎng)站的發(fā)表頁面中國農(nóng)大和華中農(nóng)大的聯(lián)合研究團隊歷經(jīng)18年，從遺傳學和基因組學兩個層面持續(xù)系統(tǒng)開展了玉米和水稻重要產(chǎn)量性狀馴化機理的研究。
團隊成員利用野生玉米資源創(chuàng)制了穗行數(shù)為6行的特異玉米材料，采用基因組學技術鑒定了一個調(diào)控玉米穗行數(shù)的基因KRN2。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在玉米馴化和改良過程中，該基因上游非編碼區(qū)受到了明顯的選擇，導致基因表達量降低，進而增加了玉米的穗行數(shù)和穗粒數(shù)。
玉米和水稻趨同選擇的分子機制及產(chǎn)量基因增產(chǎn)效果此后，該團隊在水稻基因組中鑒定出玉米KRN2同源基因OsKRN2，發(fā)現(xiàn)該基因在栽培稻馴化和改良過程中同樣受到了選擇，而且控制水稻的二次枝梗數(shù)和穗粒數(shù)。
KRN2/OsKRN2編碼一種WD40蛋白，它與功能未知蛋白DUF1644互作，通過一條保守的途徑負調(diào)控玉米與水稻的穗粒數(shù)。團隊利用基因編輯技術創(chuàng)制了KRN2和OsKRN2基因功能喪失的新材料。多年多點的田間小區(qū)試驗表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分別提高~10%的玉米產(chǎn)量和~8%的水稻產(chǎn)量。
基因編輯KRN2 可以同時提高玉米和水稻的產(chǎn)量為全面挖掘更多玉米和水稻中的趨同選擇基因，團隊成員對玉米和水稻進行大數(shù)據(jù)全基因組選擇分析，檢測到490對經(jīng)歷了趨同選擇的同源基因?qū)Γ@些基因在淀粉及蔗糖代謝和輔因子生物合成等途徑中顯著富集。
據(jù)介紹，這些重要發(fā)現(xiàn)豐富了作物馴化遺傳學理論，為從頭馴化創(chuàng)制新型作物提供有益的信息，對進一步提升農(nóng)作物育種效率有重要意義。(完)