2018年10月22日
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生命科学学院田大成课题组在水稻高产性状的研究中取得重要进展

生命科学学院田大成课题组在水稻高产性状的研究中取得重要进展,其研究成果《Identifying a large number of high-yield genes in rice by pedigree analysis, whole-genome sequencing, and CRISPR-Cas9 gene knockout》(结合系谱分析,全基因组测序和CRISPR-Cas9基因敲除鉴定出水稻高产相关基因)在重要综合性期刊《PNAS》在线发表。我校田大成教授是该论文的第一通讯作者,博士后黄驹和李婧博士是该论文的共同第一作者。

多基因控制的复杂性状对于生物适应环境和人工选择有着重要意义,其中包含了众多有着巨大科学价值和经济价值的性状,高产性状就是一种典型的多基因控制的复杂性状。但是由于在复杂性状中,基因控制方式较为复杂,单个基因可能只有较小的表型效应,解析复杂性状的控制基因一直是比较困难的。

田大成课题组以水稻“绿色革命”中的关键品种“奇迹稻”IR8的系谱为主要研究材料,对IR8的亲本和后代等主要品种进行全基因组测序,鉴定出有28个基因组片段在杂交和选育过程中不断地受到强烈的人工选择,在IR8所有后代始终得到继承。在进一步结合群体遗传学数据的基础上,从这些片段中筛选出可能与高产性状相关的129个基因位点。在这些基因位点中,有6个为已报道功能的基因,其中包括绿色革命的关键基因sd1。为了对其余123个功能未知基因进行功能验证,随机挑选出了57个进行CRISPR-Cas9敲除或敲低实验,结果表明这些基因中有较高比例具有必须功能或能影响与水稻产量相关的性状,许多基因敲除后表现出了明显的株高降低,而这也正是绿色革命中的关键性状。此外敲除突变体还表现出了生育期、育性、穗型等多种与水稻产量密切相关的表型变化。本项研究鉴定出了大量水稻高产相关基因,提供了一种有效的探索复杂性状相关基因的方法。

Fig.1 系谱结构与受选择基因鉴定流程图

该研究得到国家转基因生物新品种培育重大专项(No. 2016zx08009001-003)、国家自然科学基金项目(No. 91731308和No. 31571267)、中央高校基础科研经费的支持。该研究的顺利实施,也得到南京大学仙林校区作物分子遗传实验站的支持。

(生命科学学院 科学技术处)