與水稻基因組“暗物質(zhì)”相關(guān)的谷物性狀研究

中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所和圣路易斯華盛頓大學的研究人員發(fā)現(xiàn)：水稻馴化過程在9000年前發(fā)生的關(guān)鍵變化可能與一種被稱為“長非編碼RNA”（lncRNAs）的分子有關(guān)，這是一類長度超過200個核苷酸的RNA分子。非轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)的部分基因組在使馴化水稻不同于野生稻物種方面起著重要作用。該研究成果近期發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）雜志上。

揭示了水稻栽培過程中非編碼變異對復(fù)雜性狀起到的作用。栽培稻米的淀粉含量比野生稻類植物更高——這是經(jīng)歷了許多代稻米優(yōu)選和播種的結(jié)果。盡管稻米是第一種實現(xiàn)全部基因測序的農(nóng)作物，但是科學家們以前僅記錄了使稻米成為主食的一些遺傳變化。

在許多動植物的染色體中，很大一部分DNA都包含非編碼蛋白質(zhì)的基因，在任何給定物種的基因組中的比例可高達98%。但是，人們對這些遺傳信息知之甚少。一些科學家將其稱為基因組的“暗物質(zhì)”，甚至叫做“垃圾DNA”，但它們在水稻發(fā)育中可能起著舉足輕重的作用。

早期的研究傾向于尋找‘低垂下來的果實等這些簡單的性狀，這些性狀僅由一個或兩個易于識別突變的基因控制。而要搞清楚在農(nóng)作物栽培過程中起到關(guān)鍵作用的微妙變異就要困難得多。

這項研究檢驗了一種在稻谷發(fā)育中調(diào)節(jié)相關(guān)栽培變化的關(guān)鍵調(diào)控機制，并發(fā)現(xiàn)大量與水稻栽培相關(guān)的遺傳變異反映了那些由非轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)的基因組決定的性狀選擇。

研究人員發(fā)現(xiàn)，水稻基因組中記錄的大約36%的遺傳信息可以追溯到非編碼區(qū)，但是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用的性狀中有50%以上與非編碼區(qū)相關(guān)。

首次對栽培稻和野生稻非編碼區(qū)的lncRNAs進行了詳細注釋和描述。研究人員對數(shù)百個水稻樣品和超過260 Gbs的基因序列進行了研究，他們采用了靈敏的檢測技術(shù)來量化并密切跟蹤水稻中的lncRNA轉(zhuǎn)錄。這項研究驗證了一些先前已經(jīng)識別出的lncRNA，并且還提供了過去未能描述的分子的相關(guān)信息。

這項研究促使部分研究人員推測，動植物之間的大多數(shù)適應(yīng)性差異是由基因調(diào)控的變化而不是蛋白質(zhì)的進化所造成的。

研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs選擇可能是一種可以引起許多物種的基因表達模式發(fā)生演變的廣泛機制。

該轉(zhuǎn)基因?qū)嶒灪腿后w遺傳分析證明，lncRNAs的選擇通過改變淀粉合成和谷物色素沉著相關(guān)基因的表達，有助于改變稻米的品質(zhì)。

這項研究為通過精確育種研發(fā)新的作物和谷物品種打開了新的大門。

來源：Sciencedaily，Syylfs