农学院朱作峰教授研究揭示非洲栽培稻低产重要成因

农学院 2017年05月11日 报道 浏览次数:

本网讯  我校农学院水稻研究中心在水稻功能基因组和进化研究上再次取得重要进展——他们从野生稻中分离鉴定了一个增加非洲栽培稻粒长、提高单株产量的基因。相关研究5月8日发表于《自然》杂志子刊《植物》(Nature Plants),题为“A SNP causes the smaller grain and loss of shattering during African rice domestication”。

稻属含有两个栽培种,即亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)和非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud.),它们分别起源于亚洲的普通野生稻(Oryza rufipogon)和非洲的短舌野生稻(Oryza barthii)。亚洲栽培稻产量高,在世界各地广泛种植;而非洲栽培稻产量低,仅限于西非撒哈拉沙漠以南的地区。

籽粒大小既是重要的产量构成因素,又是作物驯化的重要性状。农学院水稻研究中心朱作峰教授与美国亚利桑那大学Rod A. Wing 教授合作,以非洲栽培稻为研究对象,对比其与其野生祖先种籽粒变化,探寻非洲栽培稻驯化过程中籽粒显著减小的分子遗传基础。

研究人员利用图位克隆的方法从非洲野生稻中分离了一个控制籽粒长度的基因GL4(Grain Length 4),该基因控制水稻颖壳细胞纵向的伸长。对该基因的分子进化研究发现,非洲栽培稻驯化过程中选择GL4基因第一外显子上一个SNP的变异导致了GL4蛋白提前终止,最终引起了非洲栽培稻籽粒变小,野生稻等位基因能够使非洲栽培稻籽粒增大,单株产量提高约15%。另外,GL4同时控制水稻种子落粒性,选择该SNP变异引起非洲栽培稻种子落粒性的丧失。该实验室前期研究结果表明GL4在亚洲栽培稻的同源基因SHA1中的一个SNP变异引起亚洲栽培稻种子落粒性的丧失,但是该SNP变异并没有使亚洲栽培稻的籽粒变小。

非洲栽培稻在非洲撒哈拉沙漠以南地区广泛种植,因为具有生长快、耐干旱、耐贫瘠、生产投入低等特性,成为解决非洲人口增长引起的粮食危机的关键作物。GL4的鉴定不仅为作物平行驯化提供了新的分子证据,也为提高非洲栽培稻产量提供了途径。

我校为该论文的第一完成单位,博士生吴问广,已毕业的硕士生刘晓云和亚利桑那大学的王牧骅博士为共同第一作者。朱作峰和 Rod A. Wing 两位教授为本文的共同通讯作者;复旦大学罗小金副教授,美国加利福尼亚大学洛杉矶分校 Rachel S. Meyer博士,非洲水稻研究中心 Marie-Noelle Ndjiondjop博士,以及日本国立农业与粮食研究所的吴健忠博士等参与了该研究。

责任编辑:陈卫国
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