日前,《分子生物學(xué)與進(jìn)化》(Molecular Biology and Evolution,5-Yr impact factor: 11.667)在線發(fā)表我校國家玉米改良中心林中偉教授課題組關(guān)于作物開花期HD1基因平行馴化的研究成果。
在馴化過程中,開花時(shí)間是決定作物生態(tài)適應(yīng)性的關(guān)鍵因素之一,但大多數(shù)作物開花期的分子遺傳基礎(chǔ)仍未得到闡明。在禾谷類作物中,玉米、水稻、小麥、大麥、高粱和谷子廣泛分布各個(gè)不同的生態(tài)區(qū),但這些作物開花期是否具有相同的分子遺傳機(jī)制也仍然未知。為了探索這些禾谷類作物開花期的共同遺傳學(xué)機(jī)制,林中偉教授課題組綜合使用圖位克隆法、比較基因組分析、關(guān)聯(lián)分析等多種方法對(duì)作物中的一個(gè)開花期基因HD1進(jìn)行了深入分析。
本研究先利用圖位克隆在高粱中精細(xì)定位了一個(gè)主效的開花期QTL-Hd1,序列分析發(fā)現(xiàn)HD1編碼一個(gè)CCT結(jié)構(gòu)域的蛋白,一個(gè)在自然群體中較低頻率的缺失導(dǎo)致了高粱HD1基因發(fā)生移碼突變而使開花延遲;進(jìn)一步的比較基因組分析發(fā)現(xiàn),在其他作物HD1高度同源的基因組片段上存在著主效開花期QTL;關(guān)聯(lián)分析表明谷子HD1中存在一個(gè)高頻的從“GT”到“AT”的剪接位點(diǎn)變異,該變異導(dǎo)致了谷子的生育期變長;同時(shí)水稻中也存在著已知的多個(gè)高頻、能夠?qū)е律诟淖兊闹匾儺悺?/p>
以上研究證據(jù)表明,HD1基因在高粱、谷子和水稻中是受到平行馴化的。而在玉米中仍無相關(guān)QTL定位在HD1基因附近區(qū)域,說明HD1基因在玉米中可能不受人類選擇或者存在極為稀有的功能性變異。本研究發(fā)現(xiàn)同源基因在不同作物馴化過程中分別固定了高頻、低頻甚至稀有的功能性位點(diǎn),這可能是作物馴化綜合特征共有分子基礎(chǔ)的代表性特征之一。該研究為開展作物比較功能基因?qū)W的研究提供了重要借鑒。
林中偉教授于2012年底以拔尖人才引進(jìn)到我校國家玉米改良中心,2013年入選中組部第四批“青年千人”計(jì)劃,目前課題組主要研究方向是作物馴化分子機(jī)理的比較和玉米比較功能基因?qū)W。
論文的作者為博士研究生劉歡歡,研究生劉行芹、周雷娜、張志海、張旋以及科研助理李海霞參與部分實(shí)驗(yàn),美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局遺傳學(xué)家王明理博士也給予了大力的支持。本研究得到“青年千人”計(jì)劃和國家自然基金的資助。