| 2022年中國十大科技進展新聞 |
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| 我國科學家發(fā)現(xiàn)玉米和水稻增產關鍵基因 |
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玉米、水稻和小麥是迄今馴化最為成功的三大農作物，為全人類提供了50%以上的能量攝入。由于它們的馴化地區(qū)、祖先各不相同，形態(tài)習性各異，其馴化過程是否遵循共同的遺傳規(guī)律在科學界長期存在爭論。
2022年3月25日，《科學》在線發(fā)表了中國農業(yè)大學教授楊小紅、李建生與華中農業(yè)大學教授嚴建兵聯(lián)合團隊的研究論文。經過三代科學家18年研究發(fā)現(xiàn)，玉米基因KRN2和水稻基因OsKRN2受到趨同選擇，并通過相似的途徑調控玉米和水稻的產量。該團隊進一步在全基因組層面闡明了趨同進化的遺傳規(guī)律。
為全面挖掘更多玉米和水稻中的趨同選擇基因，該團隊充分借助組學大數(shù)據(jù)，并利用多年收集的具有廣泛代表性的507份玉米自交系、70份野生玉米以及461份栽培稻、257份野生稻進行全基因組選擇分析，分別在玉米和水稻里鑒定到3163和18755個受選擇基因。
比較兩組受選擇基因集發(fā)現(xiàn)，共有490對直系同源基因在玉米和水稻中經歷了趨同選擇，即在玉米和水稻中同時受到選擇。這一數(shù)字顯著高于同源基因對隨機組合的概率，證明了趨同進化的性狀雖然在全基因組范圍內不完全由相同的遺傳機制決定，但也受到部分約束，即傾向于由相同的遺傳機制決定趨同性狀的演化。
進一步分析發(fā)現(xiàn)，趨同選擇基因對在玉米和水稻特定的代謝途徑中顯著富集，包括淀粉和蔗糖代謝途徑、輔因子生物合成。在鑒定到的玉米25個和水稻93個參與淀粉代謝途徑的選擇基因中，11對直系同源基因受趨同選擇。
淀粉是谷物類植物在種子中存儲能量的主要成分，也是水稻和玉米能夠被馴化成主要糧食作物的重要原因，是影響籽粒產量的重要因素。在馴化的過程中，水稻和玉米的淀粉效率可能受到了強化。
據(jù)悉，這一成果不僅揭示了玉米與水稻的同源基因趨同進化從而增加玉米與水稻產量的機制，為育種提供了寶貴的遺傳資源，而且為農藝性狀關鍵控制基因的解析與育種應用，以及其它優(yōu)異野生植物快速再馴化或從頭馴化提供了重要理論基礎。■
《科學新聞》 (科學新聞2023年2月刊 封面)