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Molecular Plant | TCP转录因子TIG1调控水稻株型驯化

时间:2020-08-09 15:08:00

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Molecular Plant | TCP转录因子TIG1调控水稻株型驯化

4月,MolecularPlant杂志发表了中国农业大学植物生理生化国家重点实验室孙传清课题组的研究论文“Natural Variations at TIG1 encoding a TCPTranscription Factor Contribute to Plant Architecture Domestication in rice”。

植物结构改良是水稻驯化和现代遗传改良的一个重要目标。目前,调控水稻株型的几个关键基因已被鉴定,但水稻株型驯化过程的分子机制仍不清楚。本文,我们通过图位克隆方法在野生水稻中定位了一个单一显性基因控制水稻分蘖夹角, TIG1。该基因位于水稻8号染色体上,编码TCP转录激活因子。其主要在野生稻分蘖基部正面表达,促进细胞伸长,增大分蘖夹角。籼稻TIG1启动子(TIG1等位基因)的变异导致分蘖基部正面TIG1表达降低,细胞长度和分蘖角度减小,导致水稻分蘖由倾斜生长向直立生长过渡。随后进一步研究发现,TCP转录激活因子正调控EXPA3、EXPB5、SAUR39的表达,促进细胞伸长,增加分蘖角度。Selective sweep 分析发现人们对水稻株型驯化过程中引入了籼稻中tig1等位基因。TIG1的定位与克隆水稻驯化和多样化提供了新的见解,并有助于理解植物结构调控的机制。

以具有匍匐生长特性的野生水稻W (O. rufipogon Griff.)为供体亲本,直立生长的93-11 (O. sativa L. ssp. indica)为轮回亲本,获得匍匐生长水稻渐渗系OIL31。基因连锁分析220株93-11和OIL31的F2后代,确定水稻匍匐生长主效调控基因TILLERINCLINED GROWTH 1 (TIG1)。将W中的TIG1导入93-11背景中获得TIG1-NIL近等基因系,进一步确认TIG1调控水稻匍匐生长。

将TIG1转入直立水稻TQ中,发现TQ匍匐生长,再次确认了TIG1调控水稻匍匐生长。

扫描电镜图片显示,与93-11相比,TIG-NIL蘖基部弯曲关节部位远地端细胞伸长。对TIG表达模式分析发现,TIG在蘖基部弯曲关节部位远地端表达量最高。而直立生长水稻93-11中TIG在各个组织中均低量表达。原位杂交结果印证了这一观点。亚细胞定位结果显示TIG1定位与细胞核。在酵母中确认了TIG1的转录激活结构域位于蛋白的C端。

93-11-NL,93-11-FL,TIG1-NIL-NL和IG1- NIL-FL的转录组分析发现,Expansin类和SAUR类基因明显差异表达。转录激活和EMSA实验发现TIG1可以绑定到EXPA3、EXPB5、SAUR39基因启动子上,正调控基因表达。

165种栽培水稻和51中野生水稻中TIG1基因序列差异性分析发现,其有10个差异位点与分蘖夹角相关。关联分析显示SNP7,SNP9,SNP12显着与分蘖夹角关联

对157种栽培水稻和51中野生水稻中TIG1启动子和编码区的核苷酸多样性(π)sliding-window分析,发现籼稻中TIG1启动子的π值(核苷酸多样性)比野生型水稻和粳稻低,说明籼稻中TIG1的可能受到人为选择。

为了进一步验证TIG1存在的人为驯化,作者选取了TIG1附近15个非编码位点,发现在TIG1周围300kb区域,籼稻品种的核苷酸多样性显着低于野生稻,而粳稻品种则没有类似的现象。说明籼稻的分蘖角度一直是人类选择的目标,而使籼稻从匍匐向直立过渡的tig1等位基因是人类驯化籼稻品种的结果。

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