研究發(fā)現(xiàn)水稻轉(zhuǎn)座子受馴化選擇和在抗病抗逆中的調(diào)節(jié)功能

　　6月19日，Molecular Plant 雜志在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所何祖華研究組題為Elimination of a retrotransposon for quenching genome instability in modern rice 的研究論文。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)自然條件下一個(gè)活躍的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子HUO（“活”），該轉(zhuǎn)座子廣泛存在于野生稻基因組中，部分存在于考古水稻樣本和農(nóng)家種中，但在現(xiàn)代栽培稻中丟失。研究揭示HUO通過(guò)表觀遺傳學(xué)途徑影響基因組水平的功能基因，激活基因組的不穩(wěn)定性/防衛(wèi)反應(yīng)，這些都有利于野生稻適應(yīng)復(fù)雜多變的自然環(huán)境。但由于HUO的存在不利于對(duì)栽培稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的需求，該轉(zhuǎn)座子在水稻馴化和育種過(guò)程中被逐步選擇性刪除。該研究首次提出轉(zhuǎn)座子元件也可以像功能基因一樣，在物種馴化過(guò)程中被選擇，拓展了人們對(duì)轉(zhuǎn)座子功能和物種馴化機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

 

　　轉(zhuǎn)座子是高等生物基因組的主要組成部分，約占水稻基因組的35%，人基因組的45%，小麥基因組的90%。作為進(jìn)化的動(dòng)力來(lái)源，轉(zhuǎn)座子為基因組結(jié)構(gòu)變異、新基因產(chǎn)生、基因功能多樣化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，保持了基因組的不穩(wěn)定能力，為物種適應(yīng)復(fù)雜多變的自然環(huán)境提供了基礎(chǔ)。已在多種作物中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子參與馴化過(guò)程，如玉米、番茄、葡萄、甜橙、橡膠樹(shù)，轉(zhuǎn)座子活動(dòng)導(dǎo)致功能基因變異，產(chǎn)生人們喜愛(ài)的農(nóng)藝性狀而被選擇。然而轉(zhuǎn)座子本身是否像功能基因一樣作為馴化選擇的靶標(biāo)還未有報(bào)道。

 

　　何祖華研究組2006年發(fā)表在Plant Cell 雜志上的文章“ELonGATED UPPERMOST INTERNODE encodes a cytochrome P450 monooxygenase that epoxidizes gibberellins in a novel deactivation reaction in rice”報(bào)道了控制水稻長(zhǎng)穗頸的EUI1基因，揭示了一條赤霉素代謝新途徑，并調(diào)控水稻田間抗性。正是由于HUO的跳躍導(dǎo)致EUI1基因突變。經(jīng)過(guò)多年研究，發(fā)現(xiàn)HUO通過(guò)RNA介導(dǎo)的DNA甲基化途徑調(diào)節(jié)基因表達(dá)，降低抗病與產(chǎn)量性狀，但激活抗逆性狀，導(dǎo)致其在水稻馴化和育種過(guò)程中逐漸被刪除。同時(shí)發(fā)現(xiàn)HUO也受到基因組防衛(wèi)體系的嚴(yán)格控制。HUO的發(fā)現(xiàn)有利于探究轉(zhuǎn)座子作為直接選擇靶標(biāo)在馴化中的意義，也有利于全面認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)座子在基因組進(jìn)化中的功能。

 

　　分子植物卓越中心博士彭瑜和上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所副研究員張迎迎為該論文的共同第一作者，分子植物卓越中心研究員何祖華、滕勝、鄧一文為共同通訊作者，該工作同時(shí)得到復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院昆明動(dòng)物研究所、浙江農(nóng)科院的合作支持。該課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)項(xiàng)目B等的經(jīng)費(fèi)資助。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)水稻轉(zhuǎn)座子受馴化選擇和在抗病抗逆中的調(diào)節(jié)功能