水稻为啥如此多样？

最近，美国水稻优异种质资源开发与创新利用创新团队、美国华盛顿圣路易斯大学作物基因组选择与育种创新团队和肯·奥尔森团队完成了对水稻(亚洲栽培稻)及其祖先种(普通野生稻)非编码长链非编码核糖核酸(lncRNA)的注释，研究了水稻lncRNA的进化历史，从全基因组水平揭示了lncRNA调控水稻重要农艺性状变异的分子机制。相关的研究结果发表在12月18日的《科学进步》杂志上。

尽管高达90%的真核基因组可以被转录，但只有2%的转录物可以编码蛋白质。阐明非编码区变异是揭示作物遗传变异的基础，对农艺性状多样性的形成机制具有重要意义。普通野生稻是亚洲栽培稻的相对野生祖先。研究它们之间的差异有助于理解水稻进化中重要农艺性状多样性形成的分子机制。

研究人员通过多种重组方法分析水稻基因，发现亚洲栽培稻中95%的基因表达与其祖先普通野生稻相比下调，下调的基因与进化过程中选择的目标基因组片段具有相同的群体遗传特征。这些差异表达的靶基因在与碳固定和碳水化合物代谢相关的位点富集。通过实验，证实了水稻种子中三种基因表达的减少直接导致淀粉含量和粒重的增加，揭示了水稻产量和品质的多层次调控机制。

本研究首次从全基因组水平深入研究了水稻及其祖先物种的lncRNA结构、表达模式、分子机制和进化历史，揭示了lncRNA调控水稻重要农艺性状变异的分子机制，为水稻农艺性状变异的研究提供了新思路，为水稻全基因组设计和育种提供了路线图，对水稻遗传改良具有重要的指导意义。

科技研究所副研究员郑小明是本文的第一作者，研究员杨清文和研究员刘军是本文的通信作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新项目的支持。