水稻馴化過程中基因家族進化研究

《水稻馴化過程中基因家族進化研究》是郭潔為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻馴化過程中基因家族進化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭潔
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

水稻是最重要的作物、也是起源最古老的栽培植物之一。水稻野生祖先種明確、種內遺傳分化顯著，加上具有豐富的基因組資源，是開展馴化過程和機制研究難得的模式系統。生物類群中的基因家族成員數目變化具有重要的適應性意義，因此揭示水稻馴化過程中基因家族的變化規律和機理將有助於人們了解作物馴化過程中人工選擇作用的遺傳機制。本課題以水稻及其野生種為研究對象，分別在栽培稻和野生稻間、栽培稻兩亞種間以及野生種間，這三個方面上進行全基因組水平上的基因家族進化分析。利用生物信息學方法和技術，獲取成員數目發生顯著差異的基因家族，並對其變異模式、功能類別、重複方式、家族成員序列和表達分化、選擇壓力和進化歷史進行深入的研究，尋找潛在的與栽培稻馴化、亞種分化和野生稻分化相關的基因家族，探索其遺傳和分子基礎。本研究為理解水稻的起源和馴化、作物改良以及野生種的適應性分化的遺傳基礎提供了有益的資料。

結題摘要

亞洲栽培稻（Oryza sativa）是世界上最重要的糧食作物之一，在其漫長的馴化和栽培過程中，因適應不同的農業生態環境而分化出兩個主要的亞種：粳稻（japonica）和秈稻（indica）。粳秈稻在形態、生理和地理分布上存在著明顯的差異，並具有一定程度的生殖隔離。本研究利用栽培稻兩個亞種（粳稻和秈稻）的全基因組序列信息，採用生物信息學方法在全基因組水平上對粳稻和秈稻進行了基因家族拷貝數目的比較分析。我們使用基於基因生滅模型的算法尋找與祖先狀態相比在兩個亞種上有顯著譜系特異性擴增或收縮的基因家族。我們發現760個基因家族發生了顯著擴增或收縮，它們的功能主要與抗逆、抗病、生物合成、信號轉導和細胞分化相關。進一步對這些基因家族深入分析發現，顯著擴增的基因家族形成方式具有明顯的串聯重複偏好性，並且其平均dN/dS值顯著大於背景dN/dS值。這些結果意味著，基因家族大小變異在兩個亞種適應不同農業生態環境過程中起著重要的作用，並為研究人工選擇和自然選擇共同作用下的物種分化的遺傳機制提供了一個新的案例。