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趨同|學(xué)術(shù)前沿：全基因組掃描技術(shù)助力解析玉米和水稻趨同選擇遺傳基礎(chǔ)

玉米消息資訊基因組性狀基因掃描水稻遺傳獨(dú)立技術(shù)谷物學(xué)術(shù)前沿

在谷物進(jìn)化的獨(dú)立過程中 ， 許多性狀轉(zhuǎn)變似乎一直在趨同選擇下 ， 以滿足人類的特定需求 。 鑒定谷物中的聚合選擇基因有助于闡明作物物種的進(jìn)化并加速育種計(jì)劃 。 在過去的幾十年中 ， 研究人員一直在爭(zhēng)論不同譜系中的趨同表型選擇是由保守的分子變化還是由不同的分子途徑驅(qū)動(dòng)的 。 兩種最重要的經(jīng)濟(jì)作物 ， 玉米和水稻 ， 表現(xiàn)出一些保守的表型變化——包括種子傳播的喪失、種子休眠的減少和進(jìn)化過程中粒數(shù)的增加——盡管它們經(jīng)歷了獨(dú)立的選擇 。 因此 ， 玉米和水稻可以作為一個(gè)很好的系統(tǒng)來了解谷物之間的趨同選擇程度 。
趨同|學(xué)術(shù)前沿：全基因組掃描技術(shù)助力解析玉米和水稻趨同選擇遺傳基礎(chǔ)
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2022年3月25日 ， 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)楊小紅 ， 李建生及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵共同通訊在Science 在線發(fā)表題為“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”的研究論文 ， 該研究發(fā)現(xiàn)玉米中的數(shù)量性狀基因座 KRN2 及其水稻直系同源物 OsKRN2 經(jīng)歷了趨同選擇 。 這些直系同源物編碼 WD40 蛋白并與功能未知的基因 DUF1644 相互作用 ， 從而負(fù)調(diào)控兩種作物的籽粒數(shù)量 。
敲除玉米中的 KRN2 或水稻中的 OsKRN2 分別使谷物產(chǎn)量增加了約 10% 和約 8% ， 而其他農(nóng)藝性狀沒有明顯的變化 。 此外 ， 全基因組掃描確定了 490 對(duì)直系同源基因 ， 這些基因在玉米和水稻進(jìn)化過程中經(jīng)歷了趨同選擇 ， 這些基因富集了兩條共享的分子途徑 。 KRN2 與其他集中選擇的基因一起 ， 為未來的作物改良提供了極好的目標(biāo) 。
趨同|學(xué)術(shù)前沿：全基因組掃描技術(shù)助力解析玉米和水稻趨同選擇遺傳基礎(chǔ)
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主要谷物 ， 包括玉米、水稻、小麥、大麥和高粱 ， 大約在 10,000 年前被獨(dú)立馴化 ， 是人類能量的主要來源 。 全基因組分析表明 ， 谷物的馴化和改良是復(fù)雜的 ， 涉及與各種生物學(xué)性狀相關(guān)的眾多基因 。 盡管谷類經(jīng)過了獨(dú)立的馴化和改良 ， 但許多形態(tài)和生理或生化性狀似乎處于趨同選擇之下 ， 因此易于種植、高產(chǎn)和營(yíng)養(yǎng)豐富 。
鑒于谷物之間密切的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系 ， 一個(gè)關(guān)鍵問題是不同譜系中的趨同表型選擇是否由保守的分子變化驅(qū)動(dòng) 。 在某些情況下 ， 獨(dú)立譜系中的選擇似乎作用于控制趨同表型的保守基因位點(diǎn) ， 而在其他情況下 ， 由于所選基因位點(diǎn)的同源性 ， 趨同表型變化似乎是由不同的遺傳途徑引起的 。
兩種最重要的經(jīng)濟(jì)作物 ， 玉米和水稻 ， 在 5000 萬(wàn)年前分化 。 盡管谷物基因組的共線性早已被認(rèn)識(shí)到 ， 但只有少數(shù)基因——例如那些參與抗破碎的基因——已被確定為在玉米和水稻進(jìn)化過程中被趨同選擇的 。 因此 ， 對(duì)玉米和水稻中經(jīng)過趨同選擇的基因進(jìn)行全基因組鑒定有助于闡明作物物種的進(jìn)化并加速育種計(jì)劃 。
趨同|學(xué)術(shù)前沿：全基因組掃描技術(shù)助力解析玉米和水稻趨同選擇遺傳基礎(chǔ)
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KRN2 及其相互作用子 DUF1644 在協(xié)同途徑中調(diào)節(jié) KRN（圖源自Science ）
該研究發(fā)現(xiàn)玉米中的數(shù)量性狀基因座 KRN2 及其水稻直系同源物 OsKRN2 經(jīng)歷了趨同選擇 。這些直系同源物編碼 WD40 蛋白并與功能未知的基因 DUF1644 相互作用 ， 從而負(fù)調(diào)控兩種作物的籽粒數(shù)量 。
敲除玉米中的 KRN2 或水稻中的 OsKRN2 分別使谷物產(chǎn)量增加了約 10% 和約 8% ， 而其他農(nóng)藝性狀沒有明顯的變化 。此外 ， 全基因組掃描確定了 490 對(duì)直系同源基因 ， 這些基因在玉米和水稻進(jìn)化過程中經(jīng)歷了趨同選擇 ， 這些基因富集了兩條共享的分子途徑 。 KRN2 與其他集中選擇的基因一起 ， 為未來的作物改良提供了極好的目標(biāo) 。 （作者植物君）

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