本報(bào)訊 《科學(xué)》雜志3月25日在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生和楊小紅團(tuán)隊(duì)的研究論文“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”。該研究通過(guò)全基因組選擇分析解析了玉米和水稻趨同選擇的遺傳規(guī)律，為作物馴化的機(jī)理解析和未來(lái)作物育種奠定了重要理論基礎(chǔ)。

　　大約一萬(wàn)年前，古代人類開(kāi)始馴化動(dòng)植物，人類生活方式從狩獵逐步過(guò)渡到農(nóng)耕，農(nóng)業(yè)文明開(kāi)始。玉米、水稻和小麥?zhǔn)瞧耨Z化最為成功的三大農(nóng)作物，為全球人類提供了50%以上的能量攝入。這些作物馴化發(fā)生在地球的不同地區(qū)，祖先各不相同，形態(tài)和生長(zhǎng)習(xí)性各異。它們?cè)陂L(zhǎng)期的改良和選擇過(guò)程中，發(fā)生了什么，是否遵循了共同的遺傳規(guī)律？這是一個(gè)重大的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，對(duì)作物的遺傳改良也有重要的實(shí)踐意義。

　　中國(guó)農(nóng)大和華中農(nóng)大的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)18年，師生三代人圍繞這個(gè)問(wèn)題持續(xù)攻關(guān)，從基因和基因組兩個(gè)層面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先，利用野生玉米資源創(chuàng)制了特異的6行玉米材料，采用基因組學(xué)技術(shù)鑒定了一個(gè)調(diào)控玉米穗行數(shù)的基因。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在玉米馴化和改良過(guò)程中，該基因上游非編碼區(qū)受到了明顯的選擇，導(dǎo)致基因表達(dá)量降低，進(jìn)而增加了玉米的穗行數(shù)和穗粒數(shù)，最終增加產(chǎn)量。同時(shí)，在水稻基因組中鑒定出了一個(gè)與該玉米基因同源的基因，該基因控制水稻的二次枝梗數(shù)，最終影響穗粒數(shù)和產(chǎn)量。在栽培稻馴化和改良過(guò)程中，該基因也同樣受到了選擇，導(dǎo)致基因表達(dá)量降低。

　　該研究在全基因組水平上對(duì)玉米和水稻趨同選擇的范圍和機(jī)制進(jìn)行了深入解析，共檢測(cè)到了490對(duì)經(jīng)歷了趨同選擇的同源基因?qū)?。這些基因在淀粉及蔗糖代謝和輔因子生物合成等途徑中顯著富集。淀粉是谷物類植物在種子中存儲(chǔ)能量的主要成分，也是水稻和玉米能夠被馴化成主要糧食作物的重要原因，是影響籽粒產(chǎn)量的重要因素。這些結(jié)果不僅有助于深入認(rèn)識(shí)和理解農(nóng)作物的進(jìn)化和改良過(guò)程，而且對(duì)加速作物的育種進(jìn)程和為從頭馴化創(chuàng)制新型作物提供有價(jià)值的信息。

　　該研究還利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了玉米和水稻基因功能敲除的新材料。多年多點(diǎn)的田間小區(qū)試驗(yàn)表明，兩種基因的敲除系可分別提高10%的玉米產(chǎn)量和8%的水稻產(chǎn)量，并且對(duì)其他農(nóng)藝性狀沒(méi)有明顯的負(fù)面影響，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。

　　據(jù)悉，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

　　（來(lái)源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）