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復(fù)旦課題組發(fā)表水稻產(chǎn)量調(diào)控新成果 為農(nóng)作物遺傳改良帶來新思路

2018-08-31 17:12:00來源:央廣網(wǎng)

  央廣網(wǎng)上海8月31日消息(記者傅聞捷 通訊員李沁園)復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授楊金水課題組和副教授蘇偉合作研究,從一個(gè)水稻產(chǎn)量性狀相關(guān)基因簇LRK(leucine-rich repeat receptor kinase)上游鑒定到一例長(zhǎng)鏈非編碼轉(zhuǎn)錄物,命名為L(zhǎng)AIR(LRK cluster intergenic antisense RNA)。水稻中LAIR的過表達(dá)可以引起LRK基因簇部分基因的轉(zhuǎn)錄上調(diào),改變LRK1基因組位點(diǎn)的組蛋白修飾狀態(tài),并在植株水平產(chǎn)生顯著的增產(chǎn)表型。8月29日,相關(guān)研究成果以《水稻長(zhǎng)鏈非編碼RNA LAIR過表達(dá)增加產(chǎn)量并調(diào)控鄰近座位基因簇表達(dá)》(“Overexpressing lncRNA LAIR increases grain yield and regulates neighbouring gene cluster expression in rice”)為題在線發(fā)表于《自然·通訊》(Nature Communications)。

  2012年,Djebali等人通過高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn),真核生物基因組產(chǎn)生大量不具有蛋白質(zhì)編碼能力、功能尚未明確的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,即稱為遺傳“暗物質(zhì)”的非編碼RNA。其中,長(zhǎng)度大于200 nt的一類大型轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA),作為重要的調(diào)控因子廣泛參與多樣化的生物學(xué)進(jìn)程,這一現(xiàn)象被多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)。近年來的熱點(diǎn)研究認(rèn)為,lncRNA可以作為分子骨架,結(jié)合多類染色質(zhì)修飾復(fù)合體并定位于基因組特異性位點(diǎn),通過表觀遺傳修飾來調(diào)控相應(yīng)基因表達(dá)。目前在植物中,lncRNA的研究結(jié)果相對(duì)有限,尤其在作物品種水稻中,與產(chǎn)量性狀相關(guān)的lncRNA尚未報(bào)道。

  該課題組早在2006年就在水稻中定位到一個(gè)QTL(Quantitative Trait Locus)位點(diǎn),可以顯著提高田間產(chǎn)量。精細(xì)定位最終鎖定一個(gè)含有8個(gè)LRR(leucine-rich repeat)-Kinase編碼基因的基因簇,命名為水稻產(chǎn)量基因LRK基因家族。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步從LRK基因簇上游5’端區(qū)域,位于LRK1座位處,鑒定到一例反義鏈轉(zhuǎn)錄物L(fēng)AIR。LRK1位于LAIR第一個(gè)內(nèi)含子中,兩者之間沒有序列重疊區(qū)。LAIR過表達(dá)能夠激活部分LRK基因表達(dá)水平,并在水稻植株水平表現(xiàn)出產(chǎn)量性狀顯著改良表型;蚪M表觀遺傳分析發(fā)現(xiàn),過表達(dá)LAIR的株系中在轉(zhuǎn)錄激活的LRK1基因染色質(zhì)區(qū)域存在組蛋白H3K4me3和H4K16ac修飾富集信號(hào)。此外,染色質(zhì)修飾蛋白OsMOF和OsWDR5也富集于LRK1基因組區(qū)域。與此同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn),LAIR能夠在水稻細(xì)胞內(nèi)結(jié)合染色質(zhì)修飾蛋白OsMOF和OsWDR5,并可與LRK1基因的5’-和3’-非翻譯區(qū)特異互作。

  

圖:LAIR激活調(diào)控LRK基因簇并改良產(chǎn)量性狀

  a. LAIR轉(zhuǎn)錄自LRK基因簇上游反義鏈;b. LAIR過表達(dá)產(chǎn)生增產(chǎn)表型;c. LAIR激活調(diào)控LRK基因簇;d. LAIR調(diào)控功能模式圖。

  本研究首次在水稻中鑒定到一例與產(chǎn)量性狀相關(guān)、起轉(zhuǎn)錄激活作用的lncRNA,可能經(jīng)由表觀遺傳途徑,調(diào)控一個(gè)基因簇的表達(dá)。這一植物lncRNA分子功能研究領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)將為農(nóng)作物的遺傳改良帶來新的思路和途徑。

  復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士王瑩為論文第一作者,蘇偉和楊金水為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水稻功能基因組研究與應(yīng)用”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源創(chuàng)新基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的基金資助。

編輯: 林馥榆

復(fù)旦課題組發(fā)表水稻產(chǎn)量調(diào)控新成果 為農(nóng)作物遺傳改良帶來新思路

復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授楊金水課題組和副教授蘇偉合作研究,從一個(gè)水稻產(chǎn)量性狀相關(guān)基因簇LRK(leucine-rich repeat receptor kinase)上游鑒定到一例長(zhǎng)鏈非編碼轉(zhuǎn)錄物,命名為L(zhǎng)AIR(LRK cluster intergenic antisense RNA)。

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