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人才强校 | 李建生和杨小红团队发现玉米水稻高产基因 解析玉米水稻趋同选择规律

2022年03月25日 浏览次数:

中国农大新闻网讯 3月25日,《科学》杂志在线发表了中国农业大学农学院李建生和杨小红团队联合华中农业大学严建兵团队的研究论文“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”。 研究首次挖掘出同时控制玉米和水稻产量性状的基因KRN2和OsKRN2;发现这两个基因在驯化过程中受到趋同选择;在全基因组水平上揭示了玉米和水稻趋同选择的遗传规律。

图1:玉米和水稻趋同选择的分子机制及产量基因增产效果

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图2 论文在Science官方网站的发表页面

学校和华中农大的联合研究团队历经18年,从遗传学和基因组学两个层面持续系统开展了玉米和水稻重要产量性状驯化机理的研究。团队成员利用野生玉米资源创制了穗行数为6行的特异玉米材料,采用基因组学技术鉴定了一个调控玉米穗行数的基因KRN2。进一步研究发现,在玉米驯化和改良过程中,该基因上游非编码区受到了明显的选择,导致基因表达量降低,进而增加了玉米的穗行数和穗粒数。此后,该团队在水稻基因组中鉴定出玉米KRN2同源基因OsKRN2,发现该基因在栽培稻驯化和改良过程中同样受到了选择,而且控制水稻的二次枝梗数和穗粒数。。KRN2/OsKRN2编码一种WD40蛋白,它与功能未知蛋白DUF1644互作,通过一条保守的途径负调控玉米与水稻的穗粒数。团队利用基因编辑技术创制了KRN2和OsKRN2基因功能丧失的新材料。多年多点的田间小区试验表明,玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分别提高~10%的玉米产量和~8%的水稻产量。

为全面挖掘更多玉米和水稻中的趋同选择基因,团队成员对玉米和水稻进行大数据全基因组选择分析,检测到490对经历了趋同选择的同源基因对,这些基因在淀粉及蔗糖代谢和辅因子生物合成等途径中显著富集。这些重要发现丰富了作物驯化遗传学理论,为从头驯化创制新型作物提供有益的信息,对进一步提升农作物育种效率有重要意义。

学校农学院杨小红、李建生教授,华中农大严建兵教授为该论文共同通讯作者。学校博士后陈文康、博士生张璇,华中农大博士生陈露、杨宁教授为该论文的共同第一作者。两校团队的多位学生和博士后,以及华中农大杨芳教授,美国冷泉港国家实验室David Jackson教授,扬州大学陈赛华教授,学校孙传清、秦峰和田丰教授,德国马普分子植物生理研究所Alisdair R. Fernie教授等共同参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金创新群体、国家重点研发计划、北京卓越青年科学家计划、中国科协青年托举工程、美国自然科学基金等项目资助。

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记者:刘铮 何志勇

供稿:农学院

供图:农学院

编辑:马文哲

责编:于哲




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