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农大朱作峰团队揭示非洲栽培稻种子落粒性丧失的分子遗传基础

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.)。亚洲栽培稻起源于亚洲的普通野生稻(Oryza rufipogon),而非洲栽培稻起源于非洲的短舌野生稻(Oryza barthii)。与亚洲栽培稻相比,非洲栽培稻产量低,仅限于西非撒哈拉沙漠以南的地区种植。从野生稻向栽培稻的进化过程中,水稻获得了很多新的性状,同时也有一些性状丢失。在谷类作物驯化过程中,种子传播性状的消失是一个极其重要的步骤。然而,驯化过程中种子传播性状(种子落粒性状)是如何消失的以及其背后的分子机制等问题仍需深入研究。


2018年6月4日,中国农业大学教育部作物杂种优势研究与利用重点实验室,国家农业野生植物鉴定评价中心(水稻),农学院水稻研究中心朱作峰教授研究团队在Nature Plants在线发表了题为“Genetic control of seed shattering during African rice domestication”的研究论文。该研究揭示了非洲水稻在驯化过程中种子落粒性状的遗传调控机制。



在水稻驯化进程中,种子落粒性(seed shattering)是非常重要的性状之一。野生稻种子在成熟后脱落,避免被小动物吃掉,从而保证种子在自然环境中的正常繁衍。而落粒性的丧失则可使谷粒保持在穗上,以利于种植者对成熟种子的收集。因此,落粒性丧失成为水稻驯化研究者关注的关键事件。

非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud.)是作物研究中稻属两大栽培种之一。朱作峰教授课题组最近研究中,他们利用图位克隆的方法从非洲短舌野生稻中分离得到控制种子落粒性的基因SH3(Seed Shattering 3),SH3编码一个YABBY家族的转录因子,该基因控制水稻离层发育。研究人员在分子进化研究中发现,非洲栽培稻驯化过程中选择一个包含SH3的45.5 kb的缺失变异导致种子落粒性的丧失。

朱作峰课题组多年致力于非洲短舌野生稻(Oryza barthii)向非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud.)驯化进化研究。该课题组此前研究结果表明,非洲栽培稻驯化过程中,选择GL4基因的一个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。


值得一提的是,该团队在2017年5月在Nature Plants上发表了一篇题为“A SNP causes the smaller grain and loss of shattering during African rice domestication”的研究论文,该研究从非洲野生稻中分离了一个控制籽粒长度的基因GL4Grain Length 4),该基因控制水稻颖壳细胞纵向的伸长,同时,GL4也控制水稻种子的落粒性。GL4即为本研究中SH4的同源基因。

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