2022年03月25日 09:00 新浪科技綜合 玉米和水稻是全世界範圍內最重要的兩種經濟作物。 今日,來自中國育種專家的一項重要成果在頂尖學術期刊《科學》發表,為開發產量更高的玉米和水稻品種帶來了振奮人心的消息。 在這項研究中,由中國農業大學的楊小紅教授、李建生教授和華中農業大學的嚴建兵教授領銜的團隊,在兩種作物中找到了一個影響產量的關鍵基因。 田間試驗顯示,敲除這個基因後,玉米和水稻的穀物產量分別增加10%和8%,而且對其他農藝性狀沒有任何明顯的負面影響。 這一發現來自科研人員對玉米和水稻馴化過程的分析。 人類對這兩種禾本科植物的馴化栽培大約從近10000年前就開始了,為了滿足人類的需求,它們如今在很多形態、生理特征上與其野生祖先顯得很不一樣。 盡管玉米和水稻各自走過的馴化道路不同,但作為備受人類青睞的農作物,它們出現了一些共同的變化,比如:種子成熟後不像野生祖先那樣自動脫落(方便了人類收割);種子休眠減少(有利於同一時間萌發和收割);植株上的籽粒數量更多或顆粒更大(滿足我們對高產的要求)。 科學家們由此推斷,這兩種作物馴化出來的共同特征,背後可能是由保守的基因驅動的。 如果是這樣,找到這類經過趨同選擇的關鍵基因,並在育種計劃中針對這些基因進行操作,可以開發改良的作物品種。 根據這一思路,研究團隊首先在玉米及其野生近緣種大芻草(teosinte)的全基因組範圍內進行了探索,尋找控制玉米籽粒數量的基因。 通過對基因組區域精細定位,他們找到了一個候選基因KRN2(kernel row number2)。 這個基因在栽培玉米和野生大芻草之間存在差異,與一根玉米棒子上有多少排籽粒有關,因此對玉米產量有很大影響。 而在水稻中,正如研究人員所猜測的那樣,他們找到了KRN2的同源基因OsKRN2。 這個基因同樣從栽培稻到野生稻經曆了選擇,並且OsKRN2調節的也是水稻產量的一個決定因素:水稻穗的二級分枝(secondary branch)數量。 ▲在全基因組範圍內,研究人員鑒定出了玉米和水稻經曆趨同選擇的490對種間同源基因,包括玉米的KRN2及其水稻同源基因OsKRN2(圖片來源:參考資料) 進一步分析顯示,這一對同源基因都編碼WD40蛋白,並與另一個功能未知的基因DUF1644相互作用,對兩種作物的籽粒數量起著負調控作用。 也就是說,敲除這一基因,可以通過增加玉米籽粒行數和增加水稻穗的二級分枝數,分別提高玉米和水稻的籽粒數。 而這一結果分別在基因編輯實驗和田間試驗中得到了驗證。 ▲在內蒙古巴彥淖爾、海南三亞、遼寧鐵嶺的多次田間對照試驗表明,KRN2基因編輯玉米和OsKRN2基因編輯水稻產量增加(圖片來源:參考資料) 值得一提的是,包括KRN2、OsKRN2這對種間同源基因在內,研究團隊一共鑒定出了490對種間同源基因在玉米和水稻的馴化過程中經曆了趨同選擇。 對這些基因的深入了解,有望為作物的育種工作提供更多的洞見,加快玉米和水稻種質創新,還可以為從頭馴化新作物提供信息,滿足全球糧食生產的多樣化需求。 參考資料: Wenkang Chen et al。 , (2022) Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice。 Science Doi: https://doi.org/10.1126/science.abg7985 本文來自藥明康德內容微信團隊 《提高玉米和水稻產量,中國科研團隊找到關鍵基因》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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提高玉米和水稻產量,中國科研團隊找到關鍵基因
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