Science||玉米和水稻穗粒数调控基因功能研究

学术   2024-10-18 14:51   江西  

在大约一万年前,玉米、水稻和小麦被独立驯化。作为主要的谷类作物,为全球人类提供了50%以上的能量摄入。玉米和水稻作为两种最重要的经济作物,尽管在进化时进行了独立的选择,但在进化过程中表现出一些类似的表型变化,包括易于栽培、种子休眠时间缩短、粒数增加等。那它们是否遵循了共同的遗传规律?回答这一重大的科学问题,对作物的改良具有重要意义。


这篇文章从单基因和基因组层面解析了玉米KRN2水稻OsKRN2的趋同进化,对阐明作物物种进化和未来作物改良提供了重要的数据资源。


该研究发现影响玉米穗粒数相关基因KRN2及水稻同源基因OsKRN2受到了趋同选择,敲除玉米KRN2和水稻OsKRN2使谷物产量增加约10%和8%,同时其他农艺性状没有明显变化,这对未来高产育种具有巨大的潜力和应用价值。


以下是文章摘要

中文为机翻仅供参考,以原文为准

Title

Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice growth duration of rice

题目

一种增强玉米和水稻产量的WD40蛋白的趋同选择

第一作者

Wenkang Chen

通讯作者

Jiansheng Li

通讯单位

中国农业大学

摘要

A better understanding of the extent of convergent selection among crops could greatly improve breeding programs. 


更好地理解作物中趋同选择的范围可以显著提高育种计划。


We found that the quantitative trait locus KRN2 in maize and its rice ortholog, OsKRN2, experienced convergent selection. 


我们发现,玉米中的定量性状基因座KRN2及其在水稻中的直系同源物OsKRN2经历了趋同选择。


These orthologs encode WD40 proteins and interact with a gene of unknown function, DUF1644, to negatively regulate grain number in both crops. 


这些直系同源基因编码WD40蛋白,并与一个未知功能的基因DUF1644相互作用,以负向调节这两种作物的籽粒数量。



Knockout of KRN2 in maize or OsKRN2 in rice increased grain yield by ~10% and ~8%, respectively, with no apparent trade-offs in other agronomic traits. 


在玉米中敲除KRN2或在水稻中敲除OsKRN2分别使籽粒产量增加了约10%和约8%,且在其他农艺性状上没有明显的权衡。


Furthermore, genome-wide scans identified 490 pairs of orthologous genes that underwent convergent selection during maize and rice evolution, and these were enriched for two shared molecular pathways. 


此外,全基因组扫描识别出在玉米和水稻进化过程中经历了趋同选择的490对直系同源基因,并且这些基因富集于两个共享的分子途径。


KRN2, together with other convergently selected genes, provides an excellent target for future crop improvement.


KRN2以及其他经历趋同选择的基因为未来作物改良提供了极佳的目标。



决定水稻产量的因素?


水稻产量是由单位面积穗数、穗粒数以及千粒重三个因子共同决定。


其中,单位面积穗数与分蘖数相关;穗粒数取决于一次枝梗数、二次枝梗数以及结实率;千粒重则是由颖壳的大小及胚乳发育两个因素决定。

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