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用两根“基因指挥棒”驯化水稻 上海科学家发现

发布时间:2020-03-14 05:54编辑:三分彩开奖结果浏览(105)

    中国农业大学农学院水稻研究中心在水稻驯化机制研究上再次取得重要进展,他们发现了一个编码TCP家族转录因子的基因TIG1控制水稻株型的驯化。相关研究成果4月16日在线发表于《分子植物》(Molecular Plant),题目为“Natural Variations at TIG1 Encoding a TCP Transcription Factor Contribute to Plant Architecture Domestication in Rice”。

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    本站综合消息,中国科学院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组与中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位合作,于10月4日《自然》杂志上发表了题为《水稻全基因组遗传变异图谱的构建及驯化起源》的论文,证明分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。而以隆安古骆越大石铲文化为中心的地带是广西野生稻基因多样性的中心,这说明隆安是世界栽培稻的发源地。

    三分彩开奖结果,亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)由其野生祖先种普通野生稻(O. rufipogon Griff.)驯化而来,在驯化过程中,诸多性状发生了改变。在株型上,野生稻表现较大的分蘖角度,以获取更多的水分、养分和阳光,有利于自然环境下生存繁衍;而栽培稻则多为直立株型,有利于增加密度、提高高产,且便于收获。

    水稻籽粒是否饱满,“体型”是否挺拔,直接决定粮食产量。上海科学家最近连续发现了两根具有自主知识产权的“基因指挥棒”,可驯化改良“瘦弱”水稻,达到增产增收目的。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所10月7日宣布,这两项前沿成果已同时在线发表于国际著名学术期刊《自然·遗传学》,本月底将正式印刷出版。

    中科院上海生科院植物生物生态研究所韩斌课题组早早地构建了栽培稻单倍体型图谱。在此基础上,他们又从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。通过这张精细图谱,他们发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻;对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现的。

    孙传清教授团队长期致力于水稻株型驯化机理研究,并取得了一系列的重要进展。之前的工作揭示了PROG1基因的突变导致了由野生稻匍匐生长向栽培稻直立生长的转变,不仅株型得到改良,而且穗粒数增加、产量大幅度提高。然而发现有些野生稻尽管携带了与栽培稻相似的prog1,而株型表现为倾斜生长,分蘖角度依然较大,但其机理不清。

    水稻发育过程中,白米似浆,灌入谷壳。但因技术局限,育种专家一直无法直接控制籽粒灌浆的性状及其相关基因。中科院上海生科院植物生理生态所何祖华研究员领衔的研究组,与国内外科学家合作攻关,最终成功分离出一种关键的功能基因———GIF1,它在水稻籽粒发育时,控制着蔗糖运输卸载和灌浆。

    2011年刊登在美国「国家科学院学报」(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一篇论文说,第一种栽培稻出现于8200年前,这和隆安右江、南宁邕江沿岸所发现的稻作文物出现的年代一致。

    为了进一步揭示水稻株型驯化的调控机制,研究人员利用一个分蘖倾斜生长的野生稻渗入系,通过图位克隆,鉴定了控制倾斜生长表型的基因TIG1(Tiller Inclined Growth 1),该基因编码一种TCP家族的转录因子。野生稻中TIG1基因特异地在分蘖基部的远地侧高表达,通过激活EXPA3,EXPB5 和 SAUR39 等下游基因的表达促进该部位的细胞伸长,从而维持较大的分蘖角度。在水稻驯化过程中,籼稻tig1基因的启动子区发生自然变异,使该基因在分蘖基部远地侧内的表达水平显着降低,从而导致分蘖角度减小,水稻株型由倾斜生长转变为直立生长。籼稻tig1周围区域的核苷酸多态性降低,表明该基因在籼稻中受到了人工选择。TIG1基因的克隆不仅为揭示水稻分蘖角度的调控机制提供了重要线索,而且为深入阐释水稻驯化过程中株型演变的分子机理提供了新的认识。

    研究表明,GIF1基因在水稻驯化中起重要作用。人类祖先有意识地从野生稻资源中选择灌浆好、籽粒饱满的水稻类型,从而积累了优良基因,形成了现代的水稻作物形式。遗传学证明这是人工长期选择的结果,所以现代栽培稻的GIF1基因有严格的组织表达特异性,有利于籽粒灌浆,提高水稻产量;野生稻的基因表达部位则不同,不利于灌浆而低产。更重要的是,当把栽培稻种的GIF1基因再次转入水稻植株,同样能显著提升籽粒灌浆和千粒重。这首次证明:一个已经驯化的作物基因通过适当的基因表达调控,可继续改良作物的经济性状。

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    已毕业的张卫峰博士为该论文的第一作者,孙传清教授和朱作峰教授为通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划七大农作物育种专项和国家自然科学基金的资助。

    与水稻产量密切相关的还有株型和分蘖,这好比水稻的“身形”和“分枝”。栽培稻的祖先是普通野生稻,其株型特征是匍匐生长和分蘖过多,不利于密植高产栽培。古代人类对野生稻的这种不利株型进行长期选择,逐步将其驯化成直立生长和分蘖适当的栽培稻株型。但该株型驯化转变的分子遗传机理,此前尚未明确。

    科学家新发现:人类水稻种植最早出现在广西

    中科院上海生科院植物生理生态所林鸿宣研究员带领研究组经多年研究,从“海南普通野生稻”中成功克隆了控制水稻株型的关键基因PROG1。通过实验对比,在海南野生稻与栽培稻之间,该基因有一处变异,可引起氨基酸替换。科研人员经验证推定,正是该氨基酸的小小替换,在水稻人工驯化中被选择和固定,逐步导致野生稻的不利株型转变为栽培稻的理想株型。这一遗传机理为作物人工驯化提供了重要的分子证据,也为高产株型分子育种提供了有价值的线索。

    2012-10-11 上海青年报

    上海交大生命科学技术学院张大兵教授:同一国际学术期刊在同期发表同一单位论文非常难得,可见我国在水稻功能基因研究领域处于世界先进行列,这些研究成果为作物高产分子育种提供了自主知识产权的新基因。

    水稻是人类历史上最伟大的发明之一,科学家告诉我们,它的“祖先”竟然在中国广西。最近,中国科学院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组与中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位合作,于10月4日在《自然》杂志上在线以Article发表了题为“水稻全基因组遗传变异图谱的构建及驯化起源”的论文,揭示了人类祖先的在神州大地上劳作的踪迹。

    中科院上海生科院植物生物生态研究所韩斌课题组早早地构建了栽培稻单倍体型图谱。在此基础上,他们又从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。通过这张精细图谱,他们发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻;对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现的。

    通过群体遗传学分析,可以大致推断出栽培水稻的扩散路径:人类祖先首先在广西的珠江流域,利用当地的野生稻种,经过漫长的人工选择,驯化出了粳稻,随后往北逐渐扩散。而往南扩散中的一支,进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,再经历不断的选择,产生了籼稻。

    栽培稻起源于中国珠江

    法新社巴黎10月5日电,10月4日发表的稻米基因体序列「地图」,所有稻的始祖来自中国珠江流域。

    这篇刊登在「自然」期刊上的论文说,第一批栽培稻的品种「粳稻」(Oryza sativa japonica,蓬莱米),是由数千年前华南珠江流域中游的野生稻栽培而成。

    稻米与小麦、玉米并列「三大」作物,供应全球粮食所需,迄今已衍生出数百个品种。稻的起源,是科学界长期争辩的议题。科学家对第一种稻出现的时间、地点始终争论不休。有人主张,第一种稻出现不是单一事件,是两种野生稻同时为人种植为栽培稻。稻可分为两个主要亚种-「粳稻」和「籼稻」(Oryza sativa indica,蓬莱米),前者粒短具黏性,后者粒长而不黏。

    大陆上海生命科学研究院韩斌为首的研究群汇集了巨大的数据库,来比对稻米基因体序列的细微变化。数据库涵盖了各地不同型普通野生稻(Oryza rufipogon)446种,粳稻和籼稻共1083种。野生稻是现在食用、贩卖稻米的原生种。

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