水稻基因组“废物DNA”的本相
水稻驯化进程中长链非编码RNA进化模型 农科院作科所供图 来历:我国科学报 关于动植物的DNA来说,仅有不到5%能够翻译成蛋白质,进行生命活动。而大部分DNA转录成RNA之后,便不再持续翻译,这些非编码RNA一度被以为是转录中的“噪音”“暗物质”, 乃至有人以为这是“废物DNA”。 近十年来,跟着探究不知道的技能的前进,这些所谓“废物DNA”的重要性才开端为人们所了解。 近来,来自我国农业科学院作物科学研讨所(以下简称农科院作科所),水稻优异种质资源开掘与立异使用团队等研讨人员使用全基因组剖析的手法,对水稻及其近缘野生种基因组中的“废物DNA”进行注释。成果发现,有些被称做“废物DNA”的变异与水稻淀粉含量、籽粒巨细等重要农艺性状的多样性相关。其研讨成果宣布在《科学开展》上。 “废物DNA”绝非废物 分子生物学的中心法则描绘了遗传信息的传递方向,即DNA转录发作mRNA,mRNA使用所带着的遗传信息辅导蛋白质的组成。中心法则以为,蛋白质是生命活动的首要承当者。 跟着许多生物全基因组测序的完结,科学家们发现绝大多数生物基因组中90%以上的DNA不编码任何蛋白质,所以将其划入了废物队伍。 后来科学家又发现,人类编码蛋白的基因数量跟蠕虫的简直相同,所以仅靠编码区的DNA差异,无法解说人与其他生物的差异。 而所谓的“废物DNA”才是仅有跟着生物复杂性添加而数量添加的基因组区域。一起,科学家发现,“废物DNA”对人体的影响效果浸透到了遗传调控网络中的方方面面,从稀有的遗传疾病到唐氏综合征,从常见的病毒感染到变老进程等,都与其脱离不了关连。对这些非编码DNA的研讨,宣示着新一轮基因功用研讨改造年代的到来。 该论文榜首作者、农科院作物所副研讨员郑晓明介绍,非编码DNA对动物体的影响效果研讨已有许多,但咱们对其在植物中发挥的效果知之甚少。 “在水稻基因组中,现在已克隆的影响水稻形状性状的基因位点大概有3000多个,99%以上的基因位点都是蛋白质编码区。可是,借助于全基因组相关剖析技能,咱们发现,跟水稻形状、性状的多样性相关的变异大部分会集在非编码区。”郑晓明告知《我国科学报》。 “虽然科学家们对作物驯化进行了近20年的基因组学研讨,但咱们对大多数作物在驯化进程中发作形状性状改动的遗传根底却不了解。”该论文另一作者、美国华盛顿大学圣路易斯教授Kenneth M.Olsen说。 三头六臂的非编码DNA 根据非编码DNA区域在安排中表达量低、保存性差,用于探究其功用的手法比较落后等原因,对其研讨一直落后于对编码区DNA的研讨。 “跟着基因组测序技能的开展,咱们能够使用去核糖体RNA测序的办法,更准确、广泛得到安排中表达的DNA区域。”郑晓明说,“从野生稻到现在食用的水稻,仅经过了一万多年的人工驯化、改进,其株型、穗型、粒型以及种皮色彩等都发作了巨大的改动。在此进程中,累积的骤变、重组次数少,所以噪音小,水稻及其近缘野生种是合适进行非编码DNA的研讨体系。” 她地点的团队致力于水稻及其近缘野生种的种质资源搜集和研讨工作,一直以来,积累了丰厚的水稻及其近缘野生种的研讨资料。 他们首要对水稻及其近缘野生种进行了全链特异性转录组测序,判定了3363个长链非编码RNA。结合多组学深入剖析标明,下调的长链非编码RNA遭到人工挑选,并与碳固定和碳水化合物代谢相关。 研讨人员又进一步使用转基因试验和集体遗传剖析证明,长链非编码RNA表达水平的差异直接导致了水稻驯化进程中多个籽粒性状的变异。 性状变异研讨的新思路 “这项研讨初次从全基因组水平对水稻及其先人种的长链非编码RNA结构、表达形式、分子机制和进化前史进行深入研讨,提醒了长链非编码RNA调控水稻重要农艺性状变异的分子机制,为水稻农艺性状变异研讨供给了新思路,可为水稻全基因组规划育种供给路线图,对水稻遗传改进具有重要的辅导意义。”该论文通讯作者、农科院作科所研讨员杨庆文说。 张学勇是作科所小麦基因资源课题组研讨员,他以为,郑晓明等人发现了长链非编码RNA关于水稻成长全进程的调控效果,这具有很强的立异性。 “这给往后人为操控DNA转录量,从而改动性状供给了一种可能性。比方,关于患有糖尿病、尿毒症等疾病的人来说,如果能下降水稻中的淀粉含量,就不用禁食大米。”张学勇说,“一起,这项研讨也给做其他谷物研讨的人供给了一个新视角。既然在水稻中有这样的调控体系,那在小麦、玉米、高粱等作物中,会不会也存在呢?这需求进一步的研讨。”

Author