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      谷物性狀追溯到水稻基因組的 暗物質(zhì)
      
			
      
				2019-12-19 10:49:10
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      馴化稻米的籽粒比野生稻親戚的籽粒脂肪含量更高，這是許多代優(yōu)先選種和播種的結(jié)果。但是，盡管稻米是第一種完全測(cè)序的農(nóng)作物，但科學(xué)家僅記錄了一些遺傳變化，這些變化使稻米成為全球一半以上人口的主食。
      

      谷物性狀追溯到水稻基因組的 暗物質(zhì)
      

      現(xiàn)在的新研究發(fā)現(xiàn)，水稻中與馴化相關(guān)的大量變化反映了對(duì)某些性狀的選擇，這些性狀是由不轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)的一部分基因組決定的。
      

      中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的生物學(xué)家鄭曉明，是《科學(xué)進(jìn)展》上新發(fā)表論文的第一作者，“全基因組分析揭示了水稻馴化過(guò)程中非編碼變異對(duì)復(fù)雜性狀的作用”。同樣來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的楊慶文和劉軍，以及來(lái)自圣路易斯華盛頓大學(xué)的肯尼思·奧爾森(Kenneth M. Olsen)也在交流本文。
      

      人們懷疑非編碼RNA在調(diào)節(jié)生長(zhǎng)和發(fā)育中起著非常重要的作用，但是它們才剛剛被表征。
      

      華盛頓大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)生物學(xué)教授奧爾森說(shuō)：“盡管有近20年的基因組學(xué)和基因組研究對(duì)作物馴化進(jìn)行了研究，但我們對(duì)大多數(shù)作物物種中大多數(shù)馴化性狀的遺傳基礎(chǔ)知之甚少。”
      

      奧爾森說(shuō)：“早期的研究?jī)A向于尋找'垂頭喪氣的果實(shí)'，這些簡(jiǎn)單的特征僅由一個(gè)或兩個(gè)具有易于識(shí)別的突變的基因控制。” “要找出更為微妙的發(fā)展變化對(duì)農(nóng)作物馴化過(guò)程中的許多變化至關(guān)重要，這是更加困難的。
      

      “這項(xiàng)研究通過(guò)檢驗(yàn)對(duì)調(diào)節(jié)稻谷發(fā)育中與馴化有關(guān)的變化至關(guān)重要的一種調(diào)控機(jī)制，向該方向邁出了一步。”
      

      性狀的多樣性
      

      在許多動(dòng)植物的染色體中，很大一部分DNA包含的基因均未編碼蛋白質(zhì)的制備說(shuō)明，對(duì)于任何給定物種而言，其基因組中的DNA最高可達(dá)98%。但是，這種遺傳信息知之甚少。一些科學(xué)家稱這種物質(zhì)為基因組的“暗物質(zhì)”，甚至稱其為“垃圾DNA”，但它似乎在水稻發(fā)育中發(fā)揮了巨大作用。
      

      在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在水稻馴化過(guò)程中發(fā)生的9000年前的關(guān)鍵變化可能與稱為長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)的分子有關(guān)，這是一類長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸的RNA分子。
      

      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(duì)農(nóng)業(yè)重要的性狀的多樣性中有50%以上與這些地區(qū)相關(guān)。
      

      鄭說(shuō)：“首次對(duì)栽培稻和野生稻非編碼區(qū)的lncRNAs進(jìn)行了深度注釋和描述。”
      

      她說(shuō)：“我們的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)和群體遺傳分析令人信服地證明，對(duì)lncRNAs的選擇通過(guò)改變?cè)诘矸酆铣珊凸任锷爻林衅鹱饔玫幕虻谋磉_(dá)，有助于改變稻米的品質(zhì)。”
      

      研究人員對(duì)數(shù)百個(gè)水稻樣品和超過(guò)260 Gbs的序列進(jìn)行了研究，他們采用了靈敏的檢測(cè)技術(shù)來(lái)定量和可靠地跟蹤水稻中的lncRNA轉(zhuǎn)錄。這項(xiàng)新研究驗(yàn)證了一些先前鑒定的lncRNA，并且還提供了有關(guān)先前未描述的分子的新信息。
      

      這項(xiàng)新的研究使一些研究人員推測(cè)，動(dòng)植物組之間的大多數(shù)適應(yīng)性差異是由于基因調(diào)控的變化，而不是蛋白質(zhì)的進(jìn)化所引起的。
      

      鄭說(shuō)：“根據(jù)我們的發(fā)現(xiàn)，我們建議對(duì)lncRNA的選擇可能被證明是一種廣泛的機(jī)制，通過(guò)它可以在許多物種中進(jìn)化出全基因組的基因表達(dá)模式。”
      

      這項(xiàng)水稻研究還為通過(guò)精確育種生產(chǎn)新農(nóng)作物和谷物打開(kāi)了視線，并可能打開(kāi)了新大門。
      
			

			
        
      
			
      
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