华中农大PLOS Genet发表水稻研究成果

　　

生物通报道：分蘖角度（tiller angle）是植物结构的关键组成部分，对粮食产量有很大的影响。然而，基于自然选择分离出来可用于改善水稻结构的分蘖角度相关基因很少。11月4日在国际学术期刊《PLOS Genetics》发表的一项研究中，来自华中农业大学的研究人员，通过全基因组关联研究，确定了7个常见的分蘖角度相关QTLs，包括以前报道过的重要基因TAC1。

这项研究的通讯作者是华中农业大学国家植物基因研究中心和作物遗传改良国家重点实验室的邢永忠教授，其于1999年获华中农业大学生物化学和分子生物学专业博士学位；1999.7-至今华中农业大学生命科学技术学院教师。2003-2006年丹麦皇家农业科学研究院博士后。目前主要在水稻数量性状特别是产量性状的遗传基础和分子基础解析方面开展工作。近5年来在Nat Genet、Annu Rev Plant Biol、BMC plant biol、Theo Appl Genet、BMC Genet、Genome等SCI刊源杂志上发表论文多篇。

近期，华中农业大学国家植物基因研究中心和作物遗传改良国家重点实验室，相继取得了一系列重要研究成果。今年，9月13日，华中农业大学作物遗传改良重点实验室主任张启发院士带领的课题组，与美国亚利桑那州大学的研究人员，在Nature旗下的开放获取杂志《Scientific Data》发表的一项研究中，用PacBio的long read测序数据和Illumina双末端测序数据，构建了两个籼稻参考基因组。相关阅读：张启发院士Nature子刊发表水稻基因组成果。

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10月份，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室罗杰教授带领的研究小组，通过比较全基因组关联分析，对水稻种子代谢与农艺性状的遗传基础进行了深入研究，发现并验证了多个新的控制水稻种子代谢物含量的候选基因。这一研究成果公布在10月4日的Nature Communications杂志上。相关阅读：华中农大最新Nature子刊文章。

最近，张启发院士与武汉大学的研究人员合作，分离出了一个抗褐飞虱基因BPH9，并表明该基因位点的等位基因已被广泛应用于水稻育种，使水稻生产免遭大量的褐飞虱（BPH）损伤。相关研究结果发表在10月24日的《PNAS》杂志。相关阅读：张启发院士等人PNAS发表水稻新成果。

分蘖角度是理想植物结构的一个最重要的组成部分，可以大大提高水稻籽粒产量。了解分蘖角度的遗传基础，并挖掘有利的等位基因，将有助于培育新的植物品种。在《PLOS Genetics》发表的这项新的研究中，研究人员进行了全基因组关联研究（GWAS），使用两个环境中的529个不同水稻品种（包括295个籼稻和156个粳稻品种），来确定控制分蘖角度的相关基因。

该研究小组确定了7个常见的数量性状位点（QTL），包括先前报道的主要基因TAC1——在两个环境中，分别在海南和武汉确定了10个和13个独特的QTLs。在籼稻中确定的QTL比粳稻中多，三个主要的QTLs（qTA3, qTA1b/DWARF2 (D2)和qTA9c/TAC1）被固定在粳稻中，而在籼稻中却是分离的，这说明在籼稻中观察到的变异比粳稻中更为广泛。

在籼稻和粳稻亚群之间，研究人员没有发现共同的QTLs。3号染色体上的qTA3候选基因的突变分析，发现了一个新基因，TAC3基因编码一个保守的假设蛋白，控制着分蘖角度。TAC3倾向于在分蘖基部优先表达。除了先前描述的表型异常之外，ebisu dwarf（d2）突变体表现出降低的分蘖角度。核苷酸多样性分析表明，TAC3、D2和TAC1已在粳稻驯化过程中经历了选择。单倍型分析确定了TAC3、D2和TAC1有利基因，这可用于培育具有理想结构的植物。总之，这两个亚群之间的分蘖角度有着不同的遗传基础，新基因TAC3与TAC1、D2以及这项研究中新发现的其他基因，控制着水稻分蘖角度。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A Novel Tiller Angle Gene, TAC3, together with TAC1 and D2 Largely Determine the Natural Variation of Tiller Angle in Rice Cultivars
Abstract: Tiller angle is one of the most important components of the ideal plant architecture that can greatly enhance rice grain yield. Understanding the genetic basis of tiller angle and mining favorable alleles will be helpful for breeding new plant-type varieties. Here, we performed genome-wide association studies (GWAS) to identify genes controlling tiller angle using 529 diverse accessions of Oryza sativa including 295 indica and 156 japonica accessions in two environments. We identified 7 common quantitative trait loci (QTLs), including the previously reported major gene Tiller Angle Control 1 (TAC1), in the two environments, 10 and 13 unique QTLs in Hainan and Wuhan, respectively. More QTLs were identified in indica than in japonica, and three major QTLs (qTA3, qTA1b/DWARF2 (D2) and qTA9c/TAC1) were fixed in japonica but segregating in indica, which explained the wider variation observed in indica compared with that in japonica. No common QTLs were identified between the indica and japonica subpopulations. Mutant analysis for the candidate gene of qTA3 on chromosome 3 indicated a novel gene, Tiller Angle Control 3 (TAC3), encoding a conserved hypothetical protein controlling tiller angle. TAC3 is preferentially expressed in the tiller base. The ebisu dwarf (d2) mutant exhibited a decreased tiller angle, in addition to its previously described abnormal phenotype. A nucleotide diversity analysis revealed that TAC3, D2 and TAC1 have been subjected to selection during japonica domestication. A haplotype analysis identified favorable alleles of TAC3, D2 and TAC1, which may be used for breeding plants with an ideal architecture. In conclusion, there is a diverse genetic basis for tiller angle between the two subpopulations, and it is the novel gene TAC3 together with TAC1, D2, and other newly identified genes in this study that controls tiller angle in rice cultivars.