非洲栽培稻结构基因组变异导致芒长缩短的分子机制研究

为解决非洲栽培稻(Oryza glaberrima)芒长缩短的遗传基础问题，研究人员通过QTL定位、精细作图和CRISPR/Cas9基因编辑技术，发现G12基因的结构变异(SV)是调控芒长关键因子。该研究揭示了非洲稻独立驯化的新证据，为作物驯化遗传机制提供了重要见解。

　　

在作物驯化过程中，芒长的缩短是人类选择的重要性状之一。野生稻的长芒有助于种子传播和保护，但不利于栽培和收获。非洲栽培稻(Oryza glaberrima)是从其野生祖先Oryza barthii独立驯化而来，芒长缩短是其驯化过程中的关键事件。然而，与亚洲栽培稻相比，非洲稻芒长调控的遗传机制尚不清楚。解析这一机制不仅有助于理解作物驯化的遗传基础，也为水稻遗传改良提供新靶点。

研究人员采用重组自交系(RIL)群体进行QTL定位，结合RNA-seq、RT-qPCR和CRISPR/Cas9基因编辑技术，对非洲稻芒长调控基因进行鉴定和功能验证。研究还利用群体基因组学方法分析了结构变异(SV)在驯化中的选择模式。

研究结果部分：

3.1. W1411和IRGC104165的芒长表型比较

野生材料W1411平均芒长14.8 cm，而栽培稻IRGC104165芒长不足1 cm，表明芒长缩短是驯化的重要特征。

3.2. 非洲稻芒长的QTL定位

通过331个RIL群体定位到5个QTL，其中qObAwn5贡献率最高(LOD值19.23)，解释20.47%的表型变异。

3.3. ObAwn5的精细作图和SV鉴定

将ObAwn5定位到260 kb区间，发现该区域存在结构变异，包括倒位和两个大片段缺失。

3.4. 基于RT-qPCR分析的候选基因鉴定

筛选出G12作为关键候选基因，其在W1411芒中特异性高表达。

3.5. CRISPR-Cas9验证G12功能

敲除G12导致芒长显著缩短，证实其为ObAwn5的候选基因。

3.6. 结构变异揭示非洲稻独立起源

群体分析发现所有栽培稻都携带Dom-like SV，而野生稻分为W1411-like和W1050-like两类，支持非洲稻独立驯化假说。

该研究首次在非洲稻中鉴定到调控芒长的关键基因G12，揭示结构变异在作物驯化中的重要作用。发现G12可能作为非编码RNA发挥作用，为理解芒发育调控提供了新视角。群体分析表明Dom-like SV在驯化过程中受到强烈选择，为非洲稻独立起源提供了新证据。这些发现不仅丰富了作物驯化理论，也为水稻遗传改良提供了重要靶点。研究发表在《The Crop Journal》，为理解平行驯化机制做出了重要贡献。