研究發現水稻轉座子受馴化選擇和抗病抗逆中的調節功能

　　6月19日，Molecular Plant 雜志在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所何祖華研究組題為Elimination of a retrotransposon for quenching genome instability in modern rice 的研究論文。該項研究發現自然條件下一個活躍的反轉錄轉座子HUO（“活”），該轉座子廣泛存在于野生稻基因組中，部分存在于考古水稻樣本和農家種中，但在現代栽培稻中丟失。研究揭示HUO通過表觀遺傳學途徑影響基因組水平的功能基因，激活基因組的不穩定性/防衛反應，這些都有利于野生稻適應復雜多變的自然環境。但由于HUO的存在不利于對栽培稻高產穩產的需求，該轉座子在水稻馴化和育種過程中被逐步選擇性刪除。該研究首次提出轉座子元件也可以像功能基因一樣，在物種馴化過程中被選擇，拓展了人們對轉座子功能和物種馴化機理的認識。

　　轉座子是高等生物基因組的主要組成部分，約占水稻基因組的35%，人基因組的45%，小麥基因組的90%。作為進化的動力來源，轉座子為基因組結構變異、新基因產生、基因功能多樣化提供了物質基礎，保持了基因組的不穩定能力，為物種適應復雜多變的自然環境提供了基礎。已在多種作物中發現轉座子參與馴化過程，如玉米、番茄、葡萄、甜橙、橡膠樹，轉座子活動導致功能基因變異，產生人們喜愛的農藝性狀而被選擇。然而轉座子本身是否像功能基因一樣作為馴化選擇的靶標還未有報道。

　　何祖華研究組2006年發表在Plant Cell 雜志上的文章“ELONGATED UPPERMOST INTERNODE encodes a cytochrome P450 monooxygenase that epoxidizes gibberellins in a novel deactivation reaction in rice”報道了控制水稻長穗頸的EUI1基因，揭示了一條赤霉素代謝新途徑，并調控水稻田間抗性。正是由于HUO的跳躍導致EUI1基因突變。經過多年研究，發現HUO通過RNA介導的DNA甲基化途徑調節基因表達，降低抗病與產量性狀，但激活抗逆性狀，導致其在水稻馴化和育種過程中逐漸被刪除。同時發現HUO也受到基因組防衛體系的嚴格控制。HUO的發現有利于探究轉座子作為直接選擇靶標在馴化中的意義，也有利于全面認識轉座子在基因組進化中的功能。

　　分子植物卓越中心博士彭瑜和上海市農業科學院園藝所副研究員張迎迎為該論文的共同第一作者，分子植物卓越中心研究員何祖華、滕勝、鄧一文為共同通訊作者，該工作同時得到復旦大學、浙江大學、中科院昆明動物研究所、浙江農科院的合作支持。該課題得到國家自然科學基金委、中科院先導項目B等的經費資助。

研究發現水稻轉座子受馴化選擇和在抗病抗逆中的調節功能