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[優(yōu)秀文章推薦]水稻穗型與產量基因表達調控研究獲新突破 已有3人參與
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中國科學家發(fā)現(xiàn)水稻的穗發(fā)育基因（FRIZZY PANICLE，F(xiàn)ZP）在自然界中發(fā)生變異，可顯著增加水稻每穗的粒數(shù)和輕微降低每粒的粒重，使水稻產量增加15%。基因表達調控是最重要的生物學現(xiàn)象之一，許多重要農藝性狀都受基因表達調控。基因表達調控元件，如“增強子”在玉米、水稻以及擬南芥等植物中均有報道。然而“沉默子”在植物中報道極為少見。本課題組通過近十年的研究，在水稻重要穗型發(fā)育基因FZP起始密碼子上游5.3 kb處鑒定到一個沉默子（18-bp的DNA序列），該沉默子的拷貝數(shù)變異調控FZP基因的表達，影響水稻每穗穎花數(shù)與千粒重/粒形，進而調控產量；進一步研究發(fā)現(xiàn)轉錄因子OsBZR1可結合該沉默子抑制下游基因FZP表達從而增加產量。 本課題組利用粒形差異巨大的水稻親本材料川7和豪博卡構建的重組自交系群體，在第7染色體末端定位到一個同時控制每穗穎花數(shù)、千粒重與粒長的QTL（2010， BMC Genet）。研究人員通過精細定位將該QTL限定在一個17.8-kb區(qū)段，發(fā)現(xiàn)該區(qū)間與上述3性狀共分離，該區(qū)間只包含2個候選基因。研究人員將2個候選基因分別進行轉基因或者突變體驗證功能，均未能證實它們是候選基因。通過進一步分析該區(qū)間兩親本序列，研究人員發(fā)現(xiàn)存在一個18-bp的插入/缺失的位點，它位于穗發(fā)育基因FZP的上游，極有可能參與調控FZP的表達。研究人員將FZP基因序列與上游含5.3 kb的整個8.3-kb DNA序列克隆并進行了遺傳互補轉化驗證，證實候選基因為FZP，功能位點為18-bp的多態(tài)位點。該18-bp序列可能是一個沉默子，它抑制下游FZP表達。FZP是重要的發(fā)育基因，它的功能缺失導致小花發(fā)育受阻，不能產生正常的種子。該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ZP的編碼序列在自然資源里并不存在蛋白功能變異（2016，SREP）。自然界可能存在FZP的表達量變異，這種變異可能就是由這18-bp調控的。 該抑制是如何實現(xiàn)的呢？其分子調控機制是什么？這是擺在研究人員面前的又一科學問題。研究人員通過對該18-bp序列的motif結構分析，也嘗試了酵母篩庫，同時查閱文獻。最終得出OsBZR1可能是該沉默子的結合靶蛋白。進而通過系列實驗在體內與體外證實它們存在互作，并進一步驗證了OsBZR1通過結合該沉默子對下游報告基因具有轉錄抑制功能。2個拷貝的沉默子降低FZP表達量，每穗粒數(shù)顯著增加，千粒重略微降低，但稻米堊白率與堊白度顯著降低，提高了稻米蒸煮品質，產量顯著增加。多套近等基因系及RNAi轉基因材料產量數(shù)據(jù)表明：該沉默子通過抑制FZP表達使水稻單株產量增加15%以上，但不影響開花期。這與該小組之前克隆的Ghd系列基因增產但延長開花期不同。 該沉默子具有增產和改善稻米品質的潛能，它是否很好地用于水稻育種呢？研究人員通過對529份世界水稻核心種質材料測序分析發(fā)現(xiàn)該18-bp插入僅僅發(fā)生在東南亞的部分Aus品種中，說明這個突變起源于Aus品種，并未在我國主流高產品種中加以應用。因此，該等位基因在我國具有極高的增產育種應用前景。 |
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5樓2017-11-07 14:18:31
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