microRNA分子的缺失促進了水稻的產(chǎn)量
新石器時代祖先消費的野生稻與今天吃的馴化大米有很大不同。雖然目前尚不清楚人類何時開始種植水稻,但長江流域最古老的稻田 - 可追溯到公元前4000年。在其長期栽培歷史中,具有降低產(chǎn)量或阻礙收獲(例如,谷物粉碎)的性狀的水稻植物被淘汰,而具有增加產(chǎn)量的性狀的水稻(例如,高度分枝的開花結(jié)構(gòu))被選擇和繁殖。雖然由此產(chǎn)生的水稻植物是為世界上大部分人口提供食物的超級生產(chǎn)者,但它們依賴于人類的援助,無法承受惡劣的環(huán)境條件。
科學(xué)家可以通過比較栽培稻植物的基因與野生稻親屬的基因來研究水稻馴化過程中發(fā)生的一些變化的遺傳基礎(chǔ)。使用這種方法,已經(jīng)鑒定和研究了在馴化期間改變的幾個關(guān)鍵基因,例如影響谷物破碎的那些基因。這些基因中的大多數(shù)編碼與其他基因結(jié)合并調(diào)節(jié)其活性的轉(zhuǎn)錄因子。
由PV Shivaprasad博士領(lǐng)導(dǎo)的印度塔塔基礎(chǔ)研究所國家生物科學(xué)中心的一組研究人員想知道另一種分子調(diào)節(jié)因子microRNAs是否也有助于水稻的馴化。微小RNA通過與基因的RNA拷貝結(jié)合來調(diào)節(jié)特定的靶基因,并與其他分子一起阻斷它們的活性或?qū)⑺鼈兦谐晌⑿〉钠?。在特殊情況下,產(chǎn)生的RNA片段會觸發(fā)沉默級聯(lián)反應(yīng),從而關(guān)閉與初始靶基因相似的基因活性。
研究人員比較了高產(chǎn)秈稻品系的microRNA種群與野生稻和幾種傳統(tǒng)水稻品種的microRNA種群。一種microRNA種類脫穎而出:miR397在野生稻的旗葉中積累到高水平,但在分析的其他植物中幾乎檢測不到??茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn),miR397通過沉默級聯(lián)沉默了漆酶基因家族的幾個成員。漆酶基因,其中水稻基因組中有30個,編碼促進木質(zhì)組織形成的蛋白質(zhì),從而提供機械強度。通過沉默這些基因的一部分,miR397大大減少了木質(zhì)組織的形成。此外,當(dāng)科學(xué)家在馴化水稻中轉(zhuǎn)基因表達編碼miR397的基因時,所得到的植物與野生稻植物的相似性高于馴化的植物,具有長而細長的莖; 狹窄的短葉; 開花結(jié)構(gòu)很少; 幾乎沒有任何米粒。實際上,該團隊通過提高單個microRNA種類的水平來部分去除水稻。
這些發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一些有趣的問題。如果通過增加miR397水平沉默幾個漆酶基因會對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響,那么上調(diào)同一組漆酶基因的表達會促進谷物生產(chǎn)嗎?此外,還會降低野生稻植物中miR397的水平,從而解除對漆酶基因的抑制,提高產(chǎn)量,同時保留允許野生植物在惡劣環(huán)境中茁壯成長的特性?“miR397和漆酶基因與預(yù)測與水稻產(chǎn)量有關(guān)的未知基因組區(qū)域重疊。修改它們在野生物種和栽培稻中的表達將有助于提高產(chǎn)量和其他有益特性。我們希望我們的發(fā)現(xiàn)促進未來的研究,以確定與植物馴化相關(guān)的其他變化,帶頭進一步改善作物的未來,“Shivaprasad博士表示。
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