南京农业大学PNAS克隆新基因

　　

生物通报道  来自南京农业大学、中国农业科学院和中科院植物研究所的研究人员，在新研究中克隆出了一个水稻微效数量性状遗传基因座DTH2，并确定了其特征。相关论文在线发布在2月6日的《美国科学院院刊》(PNAS)上。

南京农业大学的万建民（Jianmin Wan）教授和中国科学院植物研究所的葛颂（Song Ge）研究员是这篇论文的共同通讯作者。前者主要从事水稻的基因定位、克隆和品种选育研究。后者的研究兴趣为植物分子系统学和分子进化，植物群体遗传学和保护遗传学及植物的物种形成和多倍体进化。

最佳的开花时间很大程度上影响了农作物对于局部环境和栽培地域扩张的良好适应，对于现代农业成功至关重要。光周期敏感性使得农作物能够调整营养生长及生殖生长以适应局部气候，被视为是决定开花时间，确保农作物适应特定生态条件和环境变化的最重要的因素。在最佳生长条件下，晚开花使得营养生长期延长，促使更多的资源得以蓄积和分配给种子繁殖，而在生长季节较短或不可预知的环境中早开花则更有利。在资源分配和避逆性之间做出权衡取舍对于农作物产量及质量尤其重要。

阐明植物局部适应的分子机制不仅吸引了植物生物学家和进化生物学家的兴趣，它也是农作物育种家关心的热点，其将为鉴别选择靶基因提供有用的指导。近几十年里，科学家们已经发现了几个与局部适应有关的开花基因。然而，阐明开花时间控制的适应性遗传变异及潜在的分子机制仍是一项具有挑战的工作。

水稻(Oryza sativa L.)是一种起源热带的短日照植物，其现在北至中国55°N，南至智利36°S的广泛地理范围内均得到种植。作为世界各地数以十亿人的主食，水稻成为了驯化和育种过程中自然或人工选择的一个重要对象。水稻种植向北扩展至长日照环境中表明在水稻驯化和育种过程中，人们对于光周期基因进行了人为的选择。

在这篇文章中，研究人员克隆出了一个在长日照条件下，促进抽穗的微效数量性状遗传基因座DTH2，并确定了其特征。研究人员证实DTH2编码了一种CONSTANS样蛋白，通过诱导成花素（florigen）基因Hd3a和RFT1促进了抽穗，且其作用不依赖于已知的“成花素”基因Hd1和Ehd1。此外，关联分析和转基因实验确定了DTH2中的两个功能性核苷酸多态性与亚洲北部自然长日照条件下抽穗早、生殖适应性提高有关。

研究人员结合群体遗传学及网络分析发现，DTH2有可能是在水稻驯化及/或改良过程中人类选择以适应长日照条件的一个指标，表明了这一微效数量性状基因座在农作物适应及多样化中发挥了重要的作用，因此有可能成为农作物驯化和育种过程中进行人工选择的一个重要靶标。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Association of functional nucleotide polymorphisms at DTH2 with the northward expansion of rice cultivation in Asia

Flowering time (i.e., heading date in crops) is an important ecological trait that determines growing seasons and regional adaptability of plants to specific natural environments. Rice (Oryza sativa L.) is a short-day plant that originated in the tropics. Increasing evidence suggests that the northward expansion of cultivated rice was accompanied by human selection of the heading date under noninductive long-day (LD) conditions. We report here the molecular cloning and characterization of DTH2 (for Days to heading on chromosome 2), a minor-effect quantitative trait locus that promotes heading under LD conditions. We show that DTH2 encodes a CONSTANS-like protein that promotes heading by inducing the florigen genes Heading date 3a and RICE FLOWERING LOCUS T 1, and it acts independently of the known floral integrators Heading date 1 and Early heading date 1. Moreover, association analysis and transgenic experiments identified two functional nucleotide polymorphisms in DTH2 that correlated with early heading and increased reproductive fitness under natural LD conditions in northern Asia. Our combined population genetics and network analyses suggest that DTH2 likely represents a target of human selection for adaptation to LD conditions during rice domestication and/or improvement, demonstrating an important role of minor-effect quantitative trait loci in crop adaptation and breeding.