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lncRNA調控水稻重要農藝性狀變異的分子機制被揭示

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  中國農業科學院作物科學研究所水稻優異種質資源發掘與創新利用創新團隊、作物基因組選擇育種創新團隊和華盛頓圣路易斯大學肯·奧爾森團隊合作完成水稻(亞洲栽培稻)及其祖先種(普通野生稻)非編碼區長鏈非編碼RNA(lncRNA)注釋,研究了水稻lncRNA的進化歷史,并從全基因組水平揭示lncRNA調控水稻重要農藝性狀變異的分子機制。《科學進展(Science Advances)》于12月18日發表該成果。

  據楊慶文研究員介紹,盡管高達90%的真核生物基因組能夠發生轉錄,但僅2%的轉錄本能夠編碼蛋白。闡明非編碼區變異是揭示作物遺傳變異的基礎,對農藝性狀多樣性形成的作用機理具有重要意義。普通野生稻是亞洲栽培稻的近緣野生祖先種,研究二者之間lncRNA的差異有助于深入了解水稻進化中重要農藝性狀多樣性形成的分子機制。

  研究人員通過多重組學方法對水稻lncRNA進行分析發現,與其祖先種普通野生稻相比,亞洲栽培稻中95%的lncRNA表達量下調,且下調的lncRNA在進化過程中具有與受定向選擇的基因組區段具有一致的群體遺傳學特征。這些差異表達的lncRNA的靶基因富集于與碳固定能力和碳水化合物代謝相關的位點。通過實驗驗證了3個lncRNA表達量降低直接導致水稻種子淀粉含量和粒重的增加,揭示了水稻產量和品質的多層次調控機制。

  該研究首次從全基因組水平對水稻及其祖先種的lncRNA結構、表達模式、分子機制和進化歷史進行深入研究,揭示了lncRNA調控水稻重要農藝性狀變異的分子機制,為水稻農藝性狀變異研究提供了新思路,可為水稻全基因組設計育種提供路線圖,對于水稻遺傳改良具有重要的指導意義。

  該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國農科院科技創新工程等項目資助。(通訊員 衛斐)

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