轉(zhuǎn)座子是一種可以改變自身基因組位置的DNA序列，其通過(guò)轉(zhuǎn)座事件改變細(xì)胞遺傳特性和基因組大小。轉(zhuǎn)座子通常被認(rèn)為是外來(lái)DNA，“寄生”于宿主基因組中，但它們也可以在基因組中被“馴化”，并進(jìn)化出有益于宿主的新功能。迄今為止，大多數(shù)馴化轉(zhuǎn)座子都在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，只有少數(shù)轉(zhuǎn)座子馴化在植物中被報(bào)道。在農(nóng)作物中，有關(guān)轉(zhuǎn)座子衍生基因調(diào)控作物產(chǎn)量的研究十分少見(jiàn)。
記者3月15日從中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所毛東海研究員處獲悉，其所在團(tuán)隊(duì)與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、三峽大學(xué)等多家單位的研究者聯(lián)合開(kāi)展的一項(xiàng)研究，報(bào)道了由Harbinger轉(zhuǎn)座子馴化衍生的水稻基因PANDA表觀調(diào)控分蘗數(shù)與種子大小的分子機(jī)制。該研究首次報(bào)道了水稻轉(zhuǎn)座子馴化衍生的基因?qū)Ξa(chǎn)量因子的表觀遺傳協(xié)同調(diào)控機(jī)制，為水稻高產(chǎn)育種提供了理論支撐與基因資源。
在該研究中，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)正向遺傳學(xué)方法克隆了1個(gè)水稻基因PANDA（Panicle number and grain size），該基因正調(diào)控分蘗數(shù)，并負(fù)調(diào)控種子大小。通過(guò)序列分析，確定該基因是Harbinger轉(zhuǎn)座子衍生該基因，其DNA序列及其編碼蛋白序列上與轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座酶編碼基因或其編碼蛋白都有一定程度同源性，但該基因在進(jìn)化過(guò)程中獲得了新功能。由于該基因由古老轉(zhuǎn)座子進(jìn)化為新功能基因，類(lèi)比于動(dòng)物界的活化石大熊貓，因此該水稻基因命名PANDA，寓意為“熊貓基因”。
PANDA編碼的蛋白能與多梳抑制復(fù)合物2（PRC2）互作，調(diào)節(jié)H3K27me3在OsMADS55與OsEMF1等靶基因所在染色質(zhì)區(qū)的沉積，從而抑制基因表達(dá)。OsMADS55與OsEMF1都是分蘗數(shù)的負(fù)調(diào)控因子，也是粒型的正調(diào)節(jié)因子，從而解釋了PANDA平衡調(diào)控分蘗數(shù)與種子大小的遺傳現(xiàn)象。
該研究成果近日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《植物生物技術(shù)雜志》上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目資助。
相關(guān)論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13799