玉米和水稻趋同选择的遗传规律

【作者】 陈文康； 陈露； 张璇； 杨宁； 郭江华； 王敏； 季生辉； 赵翔宇； 殷鹏飞； 蔡立春； 许静； 张丽丽； 韩英佳； 肖颖妮； 徐根； 王跃斌； 王书会； 武晟； 杨芳； David Jackson； 程金魁； 陈赛华； 孙传清； 秦峰； 田丰； AlisdairR.Fernie； 李建生； 严建兵； 杨小红；

【机构】 中国农业大学植物生理学与生物化学国家重点实验室和国家玉米改良中心； 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室； 湖北省洪山实验室； 冷泉港实验室； 中国农业大学作物功能基因组与分子育种研究中心； 扬州大学植物功能基因组学教育部重点实验室； 马克斯·普朗克植物分子生理研究所分子生理学系；

【摘要】 玉米、水稻、小麦等禾谷类作物是为全球人类提供了50%以上的能量摄入,大约在一万年由野生种独立驯化而来。尽管不同作物的起源地和祖先各不相同,但在作物演化过程中某些性状发生了趋同变化趋势。这种性状的趋同变化是否遵循相同的遗传规律,一直处于争论阶段。本研究克隆了一个控制玉米穗行数的驯化基因KRN2,该基因编码WD40蛋白,与DUF1644基因互作而共同负调控玉米穗行数的形成。在此基础之上,同源克隆了KRN2在水稻中同源基因OsKRN2,发现该基因的功能和选择机制与玉米类似,通过相似的途径负调控水稻穗粒数的形成,并在水稻的演化过程中同样受到选择。对玉米KRN2和水稻OsKRN2的基因编辑材料进行田间测产试验,发现KRN2和OsKRN2功能丧失之后,可分别提高10%左右的玉米产量和8%左右的水稻产量,但对其他农艺性状没有不良影响。进一步在全基因组水平上检测到490对趋同选择基因,这些基因在淀粉与糖代谢、辅助因子合成等途径特异富集。这些研究结果丰富了作物驯化的遗传学规律,为作物产量性状的遗传改良提供优异基因资源,并为从头驯化创制新型作物提供有价值的信息。更多还原