谷物性状追溯到水稻基因组的暗物质

驯化稻米的籽粒比野生稻亲戚的籽粒脂肪含量更高，这是许多代优先选种和播种的结果。但是，尽管稻米是第一种完全测序的农作物，但科学家仅记录了一些遗传变化，这些变化使稻米成为全球一半以上人口的主食。

现在的新研究发现，水稻中与驯化相关的大量变化反映了对某些性状的选择，这些性状是由不转录蛋白质的一部分基因组决定的。

中国农业科学院作物科学研究所的生物学家郑晓明，是《科学进展》上新发表论文的第一作者，“全基因组分析揭示了水稻驯化过程中非编码变异对复杂性状的作用”。同样来自中国农业科学院作物科学研究所的杨庆文和刘军，以及来自圣路易斯华盛顿大学的肯尼思·奥尔森(Kenneth M. Olsen)也在交流本文。

人们怀疑非编码RNA在调节生长和发育中起着非常重要的作用，但是它们才刚刚被表征。

华盛顿大学艺术与科学生物学教授奥尔森说：“尽管有近20年的基因组学和基因组研究对作物驯化进行了研究，但我们对大多数作物物种中大多数驯化性状的遗传基础知之甚少。”

奥尔森说：“早期的研究倾向于寻找'垂头丧气的果实'，这些简单的特征仅由一个或两个具有易于识别的突变的基因控制。” “要找出更为微妙的发展变化对农作物驯化过程中的许多变化至关重要，这是更加困难的。

“这项研究通过检验对调节稻谷发育中与驯化有关的变化至关重要的一种调控机制，向该方向迈出了一步。”

性状的多样性

在许多动植物的染色体中，很大一部分DNA包含的基因均未编码蛋白质的制备说明，对于任何给定物种而言，其基因组中的DNA最高可达98%。但是，这种遗传信息知之甚少。一些科学家称这种物质为基因组的“暗物质”，甚至称其为“垃圾DNA”，但它似乎在水稻发育中发挥了巨大作用。

在这项研究中，研究人员发现，在水稻驯化过程中发生的9000年前的关键变化可能与称为长非编码RNA(lncRNA)的分子有关，这是一类长度超过200个核苷酸的RNA分子。

研究人员发现，水稻基因组中记录的大约36%的遗传信息可以追溯到非编码区，但是对农业重要的性状的多样性中有50%以上与这些地区相关。

郑说：“首次对栽培稻和野生稻非编码区的lncRNAs进行了深度注释和描述。”

她说：“我们的转基因实验和群体遗传分析令人信服地证明，对lncRNAs的选择通过改变在淀粉合成和谷物色素沉着中起作用的基因的表达，有助于改变稻米的品质。”

研究人员对数百个水稻样品和超过260 Gbs的序列进行了研究，他们采用了灵敏的检测技术来定量和可靠地跟踪水稻中的lncRNA转录。这项新研究验证了一些先前鉴定的lncRNA，并且还提供了有关先前未描述的分子的新信息。

这项新的研究使一些研究人员推测，动植物组之间的大多数适应性差异是由于基因调控的变化，而不是蛋白质的进化所引起的。

郑说：“根据我们的发现，我们建议对lncRNA的选择可能被证明是一种广泛的机制，通过它可以在许多物种中进化出全基因组的基因表达模式。”

这项水稻研究还为通过精确育种生产新农作物和谷物打开了视线，并可能打开了新大门。

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