科技日?qǐng)?bào)訊 記者從云南大學(xué)獲悉，該校農(nóng)學(xué)院胡鳳益研究員及其合作團(tuán)隊(duì)近日成功揭示了陸稻在陸生適應(yīng)性進(jìn)化中的分蘗調(diào)控作用機(jī)制。《自然》子刊《自然·通訊》在線(xiàn)發(fā)表了這一成果。
植物株型對(duì)作物產(chǎn)量具有重要作用，許多禾本科作物的馴化歷史都經(jīng)歷了共有、平行的株型變化模式，即具有分蘗減少的轉(zhuǎn)變。例如，玉米、高梁、小麥、小米、珍珠黍等農(nóng)作物的野生種均具有較多分蘗，而其栽培種往往分蘗明顯較少。已知的玉米馴化基因 （tb1），及其在高梁、小米、珍珠黍中的直系同源基因，都被證明是作物馴化過(guò)程中影響植株分蘗的關(guān)鍵基因。那么這種平行進(jìn)化是否具有共同的分子遺傳機(jī)制呢？
此前的研究發(fā)現(xiàn)，玉米馴化基因在水稻中的直系同源基因OsTb1，雖然功能上被證明影響分蘗性狀，但是在水稻的馴化過(guò)程中沒(méi)有受到選擇；另一方面，盡管在水稻中克隆了眾多跟分蘗相關(guān)的基因，但均沒(méi)有研究證明這些基因是在陸生環(huán)境和人工選擇中被固定下來(lái)。
陸稻是適應(yīng)雨養(yǎng)陸生環(huán)境的一種特殊生態(tài)型群體，整個(gè)生育期土壤處于陸生狀態(tài)，經(jīng)過(guò)陸生環(huán)境和人類(lèi)的選擇，其分蘗大幅減少。云南大學(xué)胡鳳益教授團(tuán)隊(duì)與西北工業(yè)大學(xué)王文教授、中科院基因組所陳華研究員以及澳大利亞昆士蘭大學(xué)倫·韋德教授合作，通過(guò)群體遺傳學(xué)和比較基因組學(xué)鑒定了在陸稻具有強(qiáng)烈選擇信號(hào)的分蘗調(diào)控基因OsTb2，該基因是玉米重要馴化基因直系同源基因通過(guò)基因復(fù)制產(chǎn)出的新基因，該基因的新功能化促進(jìn)了水稻分蘗的發(fā)生。
他們繼而發(fā)現(xiàn)，直系同源基因編碼區(qū)內(nèi)可能是引起水、陸稻分蘗表型差異的主要因素。它們可能造成了分蘗調(diào)控基因功能的改變，和基因表達(dá)的變異。
進(jìn)一步關(guān)聯(lián)分析證明，陸生環(huán)境下，陸稻的分蘗數(shù)目顯著低于水稻，同時(shí)陸稻品種具有較高的單穗產(chǎn)量。即在陸生環(huán)境選擇下，由于對(duì)人類(lèi)產(chǎn)量的追求和對(duì)陸生環(huán)境適應(yīng)雙重選擇壓力下，最終進(jìn)化出陸稻群體生態(tài)型分化的分蘗調(diào)控基因單倍型，進(jìn)而減少了陸生環(huán)境下的分蘗，增加了單穗產(chǎn)量，從而被人類(lèi)選擇固定下來(lái)。進(jìn)一步功能分析發(fā)現(xiàn)，分蘗調(diào)控基因和直系同源基因的蛋白發(fā)生相互作用，部分抵消了直系同源基因通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子通路抑制分蘗的作用而行使功能。
這項(xiàng)研究提出了分蘗調(diào)控基因新功能化是陸稻分枝適應(yīng)性進(jìn)化的作用模式。并對(duì)分蘗調(diào)控基因的分子調(diào)控模型進(jìn)行了解析：即分蘗調(diào)控基因與直系同源基因相互作用，部分消除了直系同源基因?qū)D(zhuǎn)錄因子通路的抑制作用，進(jìn)而調(diào)控分蘗表型。作物包括高粱、玉米、小麥、黍子等作物在馴化過(guò)程中存在共有和平行的分枝減少歷程，而本研究擴(kuò)展了自然選擇和人工選擇下作物分枝進(jìn)化的理論，為選育適應(yīng)旱地種植的水稻提供了思路和材料。
