华南农大称自私基因为水稻起源提供证据 解开亚非稻种间生殖隔离谜题

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稻属的起源时间目前在学术界还位于较大的争议。所以 ,随着技术的发展,基于野生稻基因组测序结果推断的稻属起源时间共要在1.5亿年前,有一种学说之间位于较大的时间差。华南农业大学生命科类学 院教授陈乐天揭示的亚非杂种不育分子机理通俗地比喻为:另2个多多 坏人联合下毒,所以 其中一人负责对三人一块儿居住的家园消毒,进行自我保护,表现出“自私基因”的结构。

稻属起源存争议

“当让.我的研究结果支持亚洲稻和非洲稻独立起源、平行演化的时候性,一块儿也支持稻属时候起源于大陆漂移前后的古大陆时期的假说。”在解释6月7日发表于《自然—通讯》上的最新研究成果时,论文通讯作者、华南农业大学生命科类学 院教授陈乐天如是说。

“稻属种类多,在地球的分布广,遍及亚洲、非洲、美洲和大洋洲。”陈乐天介绍,早期的理论假说认为稻属起源于古大陆并随着大陆漂移遍布全球,考古证据也支持你这类学说的时候性。考古证据表明大陆漂移位于在1.5亿至1亿年前。

揭示遗传互作新机制

稻属由22个种组成,其中栽培水稻分为亚洲栽培稻和非洲栽培稻另2个多多 种(合称“亚非稻”),其余均为野生稻种。亚非稻种间杂种具有强大的杂种优势,但种间生殖隔离原因分析 杂种不育和结实率低,无法体现杂种的产量优势。

S1座位是引起亚非稻种间杂种不育的最重要遗传座位,其作用可原因分析 杂种带有亚洲稻型等位基因(S1-s)的雌配子和雄配子选折 性败育,在后代群体产生严重的等位基因偏态遗传(偏向非洲型等位基因S1-g)。所以 ,S1-g是另2个多多 典型的自私基因座,对种间分化起重要作用,但其分子遗传机制老会 不清楚。

2017年初,陈乐天课题组和益科院院士、华南农业大学教授刘耀光课题组合作者协议,率先一键一键复制了S1座位的另2个多多 关键基因OgTPR1(后续命名为S1TPR)。后来,日本科学家于2018年一键一键复制了S1座位时候基因SSP。所以 ,这另2个多多 基因都所以 S1杂种不育的每段必要因子,原因分析 S1杂种不育功能的充分条件还不清楚。

陈乐天课题组在后续研究中通过一系列基因敲除和功能互补实验发现:S1座位控制的杂种不育除了S1TPR还必须另外另2个多多 非洲稻等位基因座S1-g的特异基因S1A4和S1A6参与不能位于(其中S1A6所以 SSP)。

进一步研究表明:S1-g的2个连锁特异基因S1TPR、S1A4和S1A6一块儿形成另2个多多 杀手系统,在大孢子母细胞和小孢子母细胞中产生不育信号。该不育信号经减数分裂传递到配子产生对S1-s基因型配子的致死效应,但S1-g型配子时候有S1TPR的保护作用而育性正常。所以 ,陈乐天课题组提出了S1介导杂种不育的非对称遗传互作新机制。

为稻属起源提供分子证据

为了明确S1A4-S1TPR-S1A63基因S1复合遗传座位的起源与分化,陈乐天课题组分析了这2个基因在不同稻种的分布。结果显示,古大陆祖先型S1TPR通过单碱基突变产生了变异基因型S1TP(具有提前终止密码),该变体时候在古大陆分裂时期通过某一遗传瓶颈,最终迁移到亚洲大陆板块分布的普通野生稻和亚洲栽培稻种中固定下来。

而非洲稻型S1A4-S1TPR-S1A6变体的起源则涉及祖先型S1TPR在古大陆的碱基变异和新基因S1A4和S1A6在S1TP两旁的插入,以及哪几种中间产物的多次重组,形成功能性变体进入非洲栽培稻的相关野生祖先种,并最终固定在非洲栽培稻。

针对古大陆起源学说和基因组分子进化学说的时间差异,陈乐天认为基因组测序结果推断的稻属起源时间时候是时候测序样本只限于现代野生稻种(系),而无法获得及测定在进化过程中位于但时候灭绝的古老野生种(即时候是不完正系谱的结果),所以 排除是时候长距离迁徙造成的后果。

“当让.我的研究为稻属起源于古大陆学说提供了分子证据。”陈乐天表示,该研究成果系统阐明了S1座位介导的种间杂种不育分子机制及其进化起源路线,为后续打破亚非稻种间杂种生殖隔离、不利于种间杂种优势利用奠定了理论和技术基础。

刘耀光将该项研究揭示的亚非杂种不育分子机理通俗地比喻为:另2个多多 坏人联合下毒,所以 其中一人负责对三人一块儿居住的家园消毒,进行自我保护,表现出“自私基因”的结构。他认为,该研究在理论上具有重要原创性,对加速我国水稻远缘杂种优势利用具有重大应用价值。

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华南农业大类学 全国重点大学,广东省和农业部共建的“211工程”大学,广东省高水平大学重点建设高校。校园坐落在素有“花城”美誉的广州市。

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