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    Mol Plant:中科院遗传所李云海研究组在水稻种子大小研究中取得新进展

    摘要 : 2017年3月30日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Plant》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与中国水稻研究所钱前研究组和中国科学院植物研究所的葛颂研究组合作的一篇研究论文

    亚美娱乐app www.yynm360.com 2017年3月30日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Plant》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与中国水稻研究所钱前研究组和中国科学院植物研究所的葛颂研究组合作的一篇研究论文,研究揭示了水稻种子大小研究进展。李云海研究组的助理研究员段朋根和博士后徐劲松为该论文的共同第一作者,李云海研究员为论文通讯作者。

    水稻是我国的主要粮食作物之一,其产量主要由粒重、穗粒数和有效穗数决定。因此水稻的籽粒大小影响着水稻的产量。水稻育种家正在利用籽粒大小自然变异改良水稻产量和品质。目前已经克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因,但水稻籽粒大小调控的分子机理仍不清楚,且只有很少几个籽粒大小基因的等位变异已被育种家广泛利用。

    研究通过对102份籼稻品种进行基因组测序,对籽粒大小进行表型分析,通过全基因组关联分析和基因表达分析,定位到一个控制??淼墓丶啃宰次坏鉍SE5。通过基因表达分析、基因敲除和转基因功能互补验证等方法证明GSE5基因在不同水稻品种间的差异表达是造成??聿钜斓闹饕?。研究发现部分籼稻品种GSE5启动子有950碱基缺失(DEL1),大部分粳稻品种GSE5启动子有1.2kb缺失(DEL2),DEL1和DEL2降低了GSE5表达量,从而导致籽粒变宽。在46.1%的籼稻品种中, GSE5启动子含有DEL1和367 bp 插入,而81.3%的粳稻品种GSE5启动子含有DEL2。研究表明籼稻品种中DEL1和粳稻品种中的DEL2均造成GSE5基因表达量的下降,导致??碓黾?。运用CRISPR/Cas9技术敲除GSE5基因可以使籽粒进一步变宽、粒重增加。相反,GSE5过表达植株种子细长。GSE5通过影响种子的细胞数目来控制籽??矶?。现代栽培稻是通过普通野生稻进化而来,对不同地区普通野生稻GSE5的序列分析表明,现代栽培稻中GSE5的不同单倍型是从不同的野生稻选育而来。该研究阐明了籼稻品种间和籼粳亚种之间??聿钜斓姆肿右糯?,有望进一步利用GSE5基因改良水稻籽粒大小和产量,对于水稻高产育种具有重大意义。

    图1,全基因组关联分析鉴定水稻??硎啃宰次坏鉍SE5。

    原文链接:

    Natural Variation in the Promoter of GSE5 Contributes to Grain Size Diversity in Rice

    原文摘要:

    The utilization of natural genetic variation greatly contributes to improvement of important agronomic traits in crops. Understanding the genetic basis for natural variation of grain size can help breeders develop high-yield rice varieties. In this study, we identify a previously unrecognized gene, named GSE5, in the qSW5/GW5 locus controlling rice grain size by combining the genome-wide association study (GWAS) with functional analyses. GSE5 encodes a plasma membrane-associated protein with IQ domains (IQD), which interacts with the rice calmodulin protein, OsCaM1-1. We found that loss of GSE5 function caused wide and heavy grains, while overexpression of GSE5 resulted in narrow grains. We showed that GSE5 regulates grain size predominantly by influencing cell proliferation in spikelet hulls. Three major haplotypes of GSE5 (GSE5, GSE5DEL1+IN1 and GSE5DEL2) in cultivated rice were identified based on the deletion/insertion type in its promoter region. We demonstrated that a 950-bp deletion (DEL1) in indica varieties carrying the GSE5DEL1+IN1 haplotype and a 1212-bp deletion (DEL2) in japonica varieties carrying theGSE5DEL2 haplotype associated with decreased expression of GSE5, resulting in wide grains. Further analyses indicate that wild rice accessions contain all the three haplotypes of GSE5, suggesting that the GSE5 haplotypes present in cultivated rice are likely to have originated from different wild rice accessions during rice domestication. Taken together, our results indicate that the previously unrecognized GSE5 gene in the qSW5/GW5 locus that is widely utilized by rice breeders controls grain size and reveal that natural variation in the promoter region of GSE5 contributes to grain size diversity in rice.

    来源: Molecular Plant 浏览次数:0

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