基于植物遗传学的选择性作物改良育种,对于满足世界不断增长的人口之粮食需求非常重要。寻找高产作物基因并分析高产基因的独特之处是培育高产作物新品种的关键。截至目前,作物基因分析主要是基于数量性状基因座(QTL)分析,但是这种方法需要花费长时间来培育实验样本。另一种方法是全基因组关联分析(GWAS),该方法经常被用来分析人类基因,通过研究多个现存个体的数据实现在短时间内分析基因。这种方法也用来分析很多植物品种,但取得成功的案例还很少。日本的一个研究团队在采用人类基因分析技术,很快发现了水稻中的4种新型基因。该研究成果于2016年6月21日(日本标准时间)在《自然遗传学》(Nature Genetics)电子版上发表,将对作物育种乃至整个农业生产带来重要影响,有可能缓解人口不断增长带来的粮食紧缺问题。
该日本研究团队为了用全基因组关联分析法取得成效,将目标范围缩小到176个日本水稻品种,包括神户大学多年来制作清酒时一直培育的86个品种。选用下一代测序技术,确立了每一个水稻品种的整个序列,发现了493,881个多型性DNA。基于这些研究结果,对每种特性都进行全基因组关联分析,在一组12个水稻染色体中快速发现4种基因。1号染色体包含的基因决定水稻开花日期。4号染色体包含的基因决定每穗粒数,剑叶宽度以及每穗实粒数。8号染色体影响芒长,从而影响收成。11号染色体内的基因决定开花日期,株高和穗长。
该实验的成功有助于发现其他动植物的基因,并有可能帮助解决人口不断增长带来的粮食紧缺问题。神户大学培育的日本水稻品种以及该研究使用的水稻品种可作为珍贵的基因资源,帮助发现其他基因,培育新的作物品种。
(编译 梁晓贺)