2021宝宝计划新版本_高粱的芒去哪儿了?作物芒进化研究获进展

高粱的芒去哪儿了?作物芒进化研究获希望

 

《2021宝宝计划新版本_高粱的芒去哪儿了?作物芒进化研究获进展》

 awn1基因的复制。课题组供图

克日,中国农业大学教授林中伟课题组宝宝计划账号密码大全《分子植物》上揭晓研究论文。该论文发现了awn1基因的复制导致高粱宝宝计划账号密码大全驯化和改良历程芒丢失的进化遗传机制。中国农业大学农学院国家玉米改良中央博士生周雷娜和朱璨配合完成这一课题,林中伟为通讯作者。

莳植高粱丢失awn1基因

芒是作物种子外稃上长的一个针状突宝宝计划官网手机软件,虽然长宝宝精准人工计划软件小,但却为作物野生种宝宝计划账号密码大全野外的繁衍提供了诸多进化优势。

对作物野生种而言,芒就像武器一样珍爱种子不易被动物稀奇是鸟类取食;芒可为种子宝宝计划账号密码大全风力条件宝宝计划永久版APP官方下载提供更大的助力,使脱落的种子飘散宝宝精准人工计划软件更远;芒可以调整种子的落地偏向,使宝宝精准人工计划软件种子宝宝计划账号密码大全落地时能够深嵌土中而实时发芽。有些野生小麦种子上的两个芒能够感应空气中的湿度昼夜转变而发生周期性的开闭运动,从而将种子推入土壤来确保种子的实时发芽。

然而,芒会给种子带来收获和蕴藏上的伟大未便,因宝宝计划软件宝宝计划账号密码大全多数作物的驯化和改良的历程中芒往往发生了丢失。高粱是一种主要的抗旱作物,其芒丢失的遗传机制至今依然未知。

行使一套长芒野生高粱与无芒莳植高粱构建的群体,研究职员判断了一个位于第3染色体上控制芒长的主效QTL。细腻定位及关联剖析注释,宝宝计划账号密码大全第3染色体的末尾存宝宝计划账号密码大全一个5.4 kb的插入导致莳植高粱失去芒。这个5.4kb片断仅包罗有一个编码ALOG卵白的基因,命名为awn1。

新鲜的是,所有长芒的野生高粱都不含有这个插入片断,而无芒的莳植高粱都含有这一5.4 kb的插入。由于莳植高粱是由野生高粱驯化而来,野生高粱长有芒,然而为何野生高粱却丢失了awn1基因?

awn1基因抑制芒的伸长

研究职员对awn1基因所宝宝计划账号密码大全的染色体小片断举行跨种间比对时,发现相近awn1的4个基因宝宝计划账号密码大全高粱、玉米、水稻中序列和排列顺序均守旧,awn1基因仅泛宝宝计划官网手机软件宝宝计划账号密码大全莳植高粱中,而玉米、水稻没有这个同源拷贝。这说明4个相近基因是跨物种的古老基因拷贝,而awn1基因是宝宝计划账号密码大全莳植高粱中新泛宝宝计划官网手机软件的,带有awn1基因这个插入片断是宝宝计划账号密码大全野/栽高粱分化即驯化的历程中发生的。

为了寻找事实awn1基因是若何发生的,他们接着行使莳植高粱的全基因组序列对这个5.4kb的片断举行了全基因组比对。比对发现这个5.4kb的片断与高粱第10染色体上的一个区段高度同源。这个第10染色体上5.4kb 片断内的awn1同源基因(awn1-10)与awn1相比,宝宝计划账号密码大全编码区仅存宝宝计划账号密码大全一个无义的核苷酸变异。这说明awn1基因所宝宝计划账号密码大全的5.4kb片断是由第10染色体这个片断经复制后插入到第3染色体而形成的。

awn1-10包罗有两个外显子和一个内含子。仔细对照发现,仅部门awn1-10基因片断包罗部门内含子和第二外显子以及3‘端非翻译区宝宝精准人工计划软件以复制而形成了awn1。awn1丢失了awn1-10的部门内含子、第一个外显子、所有的5’端非翻译区及其启动子区。5’-RACE剖析发现awn1竟能被转录,并行使相近的第3染色体上序列和这个部门awn1-10内含子形成了一个新的外显子。进一步的转录剖析显示,相较于awn1-10基因,awn1宝宝计划账号密码大全高粱穗部有较高表达。转录效果注释基因复制导致了awn1基因表达剂量宝宝精准人工计划软件以大幅度上升。

研究职员对awn1-10位点的对照基因组学剖析,发现宝宝计划账号密码大全玉米、高粱、水稻、小麦中这个位点所包罗的基因序列以及基因排列顺序均高度守旧。对水稻的awn1同源基因举行CRISPR/cas9编辑共获宝宝精准人工计划软件3个功效损失的敲除事宜,这3个编辑事宜的水稻种子均长出较长的芒,这说明awn1基因宝宝计划账号密码大全差异物种中的功效是守旧的,对芒的伸长宝宝计划官网手机软件着抑制作用。

为什么新生的awn1基因能够转录呢?awn1基因与其两侧的基因表达模式很纷歧样,这说明awn1基因并没有行使两侧基因的启动子。对反映染色体开放水平的ATAC-seq数据剖析显示,awn1基因上游有一显著的染色体开放区域。进一步的生化实验以及启动子GUS转化剖析证实晰awn1基因的上游确实存宝宝计划账号密码大全能宝宝计划账号密码大全颖壳中启动转录的激活元件。

对AWN1的卵白剖析注释AWN1具有较强的转录抑制活性。DAP-seq、RNA-seq和EMSA等生化实验发现AWN1卵白抑制了多个与花发育相关的MADS基因和芒发育相关基因LKS2、DL以及生长素信号传导等途径基因的表达。AWN1抑制了这些基因的表达从而抑制了高粱芒的伸长,2021宝宝计划新版本终导致高粱芒的丢失。

“垃圾DNA”不垃圾

这项研究注释广布于基因间区的“垃圾DNA”一点都不垃圾,这些垃圾DNA可能是进化调控元件的宝库,为进化提供了无限的可能。

awn1基因复制后宝宝计划账号密码大全其基因间区招募了新的启动子而被重新激活,这一进化事宜犹如地上散落着种种汽车零件,一次地震之后“震出”一辆性能极佳的跑车。这种看似不讲原理的“跃变”使宝宝精准人工计划软件生物可以快速顺应瞬息万变的环境。

awn1基因招募的新启动子可以快速整合上宝宝计划永久版APP官方下载游调控网络以缔造新表型来提高植物的顺应性,这为基因网络可以快速进化提供了一个鲜活的例子。这项研究也注释基因复制是进化的一个主要动力。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.07.005

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