中新網北京3月31日電 近日，《科學》雜志在線發(fā)表了中國農業(yè)大學農學院李建生和楊小紅團隊聯(lián)合華中農業(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官方網站的發(fā)表頁面中國農大和華中農大的聯(lián)合研究團隊歷經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量基因增產效果此后，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%的玉米產量和~8%的水稻產量。
基因編輯KRN2 可以同時提高玉米和水稻的產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對經歷了趨同選擇的同源基因對，這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，對進一步提升農作物育種效率有重要意義。(完)