研究证实栽培稻芒缺失受人工驯化选择

来源:中国科学报 / 作者:黄辛 / 2013-10-14
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研究证实栽培稻芒缺失受人工驯化选择

中科院上海生科院植物生理生态所/国家基因研究中心韩斌团队,通过图位克隆法克隆了野生稻控制芒发育的An-1基因,该基因编码一个bHLH转录调控因子,从而揭开了相关水稻遗传之谜。相关成果日前在线发表于《植物细胞》杂志。

通常认为,野生稻的种子普遍具有长芒,因为芒在种子传播和防止鸟兽食用方面起着重要作用。然而,具芒的种子不易收获和储存,因而长芒可能在人工选择中逐渐退化丧失,致使大部分栽培稻无芒。但是,控制芒发育的分子遗传基础及栽培稻芒的缺失是否受人工驯化选择一直是个未解之谜。

此次研究人员发现,在具有野生稻An-1基因的近等基因型系中,扫描电镜显示当小穗发育的SP6期,外莩顶端因细胞持续分裂延伸形成芒原基,芒原基中细胞进一步分裂导致芒原基继续延伸。原位杂交显示An-1在小穗发育的SP6期,在外莩原基顶端开始强烈表达,其表达一直持续到SP8期晚期,这种特异的表达引起芒原基的起始和延伸。同时,An-1基因的表达上调引起组蛋白H1和H4的表达上调,使细胞持续分裂,导致粒子变长。然而,An-1基因也在幼穗中表达,其表达的上调会引起一个重要的细胞分裂素调控基因LOG的下调表达,从而引起每穗粒数的减少。

研究还发现,与野生稻相比,栽培稻群体中An-1序列的遗传多样性显著降低,显示该遗传位点受到强烈人工选择。据此,研究人员推断,栽培稻中无芒基因型由于其遗传变异既导致芒的缺失,也显著提高了水稻的产量,因而逐步被人工驯化选择下来。

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