中国农科院杨庆文/刘君首次揭示“垃圾 DNA” 的变异与水稻重要农业性状多样性相关

iNature

对于动植物的 DNA 来说,仅有不到 5% 能够翻译成蛋白质,进行生命活动。而大部分 DNA 转录成 RNA 之后,便不再继续翻译,这些非编码 RNA 一度被认为是转录中的 “噪音”、“暗物质”, 甚至有人认为这是 “垃圾 DNA”。

近日,中国农业科学院作物科学研究所杨庆文、刘君团队和华盛顿大学的研究人员合作在Science Advance上在线发表了题为Genome-wide analyses reveal the role of noncoding variation in complex traits during rice domestication的研究论文。该研究利用全基因组分析的手段,对水稻及其近缘野生种基因组中的 “垃圾 DNA” 进行注释。结果发现,有些被称做 “垃圾 DNA” 的变异与水稻淀粉含量、籽粒大小等重要农艺性状的多样性相关

驯化过程中的选择会在进化的短时间内产生重大的形态变化,从而产生重要的食物,药物和能量来源。在过去的十年中,大规模的转录组学研究表明,基因组范围内的基因表达变化在农作物驯化过程中的许多表型变化中都起着重要作用。转录组的深度测序进一步揭示了生物体中产生的RNA数量远远超过了蛋白质编码基因的数量。

在这些RNA中,长非编码RNA(lncRNA)在植物中尤其众多,并且是转录过程的主要调节剂。根据它们相对于相邻蛋白质编码基因的基因组位置,lncRNA可以分为长的基因间非编码RNA(lincRNA),天然反义转录本(NAT)和内含子非编码RNA(lncRNA)。 lncRNA不仅在植物发育和适应环境变化中发挥重要作用,而且还是沿袭特定形态进化的重要分子驱动力。脊椎动物和无脊椎动物的一些研究已经指出,完整的基因组比较可帮助了解lncRNA在物种进化过程中的潜在功能。然而,农作物驯化过程中lncRNA基因座上的变化对于形态和发育变化的作用仍然几乎是未知的。

水稻驯化过程中lncRNAs进化的模型

在这里,研究人员评估了评估了选择对水稻籽粒驯化相关变化的长非编码RNA(IncRNAs)的作用。在早期发育的圆锥花序中鉴定出的3363个IncRNA转录本中,95%的在Oryza sativa ssp之间有差异表达(329个IncRNA)。粳稻和野生稻在驯化事件中显著下调。联合基因组和转录组分析表明,在驯化过程中,IncRNA的定向选择改变了能量代谢基因的表达。IncRNA的转基因实验和群体分析表明,这些位点的选择导致淀粉含量和籽粒重量的增加。总之,该的发现表明,全基因组选择lncRNA下调是水稻驯化性状出现的重要机制。

原文链接:

https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaax3619

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