Weit verbreitete Inversionen prägen die genetische und phänotypische Vielfalt im Reis

Eine neue Studie mit dem Titel „Weit verbreitete Inversionen prägen die genetische und phänotypische Vielfalt in Reis“ und veröffentlicht In Wissenschaftsbulletin wurde von Prof. Lianguang Shang (Agricultural Genomics Institute in Shenzhen, Chinesische Akademie der Agrarwissenschaften), Prof. Qian Qian (Yazhouwan National Laboratory) und Prof. Shaokui Wang (State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources) geleitet , Südchinesische Agraruniversität).

Reis ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Welt, und die kontinuierliche Verbesserung der Reissorten ist auf die Nutzung und den Abbau von Keimplasma-Ressourcen, insbesondere den Abbau und die Nutzung von Elite-Genen, zurückzuführen. Die reiche genetische Vielfalt der globalen Reiskeimplasma-Ressourcen bietet eine wichtige Grundlage für die genetische Verbesserung der für Reis vorteilhaften Eigenschaften. Daher ist es für die Reiszüchtung und -verbesserung von großer Bedeutung, die Aufklärung der Genomdiversität der Reispopulation und die eingehende Erforschung der hervorragenden natürlichen Variation von Reis kontinuierlich voranzutreiben.

Als klassisches molekulares Werkzeug werden traditionelle einfache Varianten wie der Einzelnukleotidpolymorphismus (SNP) im Reisgenom seit mehr als 10 Jahren in großem Umfang auf dem Gebiet der Reispopulationsgenetik eingesetzt, und es besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung neuer genetischer Ressourcen. was nach und nach die Aufmerksamkeit auf die Anwendung der Populationsgenetik auf komplexe Strukturvarianten lenkt.

Inversion ist eine Art komplexe strukturelle Variation im Genom. In dieser Studie wurden PacBio- oder Nanopore-Genomsequenzierungsdaten von 377 Kultur- und Wildreis-Akzessionen auf der ganzen Welt verwendet, um eine groß angelegte Karte der genomischen Inversionsvariation zu erstellen. Dabei handelt es sich um den bisher größten Inversionsdatensatz auf Populationsebene bei Reis.

Die Auswirkungen der Inversionsvariation auf die Genstruktur und -funktion wurden im gesamten Genom analysiert. Dabei zeigte sich, dass die mit der Stressreaktion verbundenen Gene offensichtlich innerhalb oder in der Nähe der Inversionen angereichert waren, was den wichtigen Einfluss der Inversionsvariation auf die Stressresistenz von Reis verdeutlichte.

In Kombination mit Transkriptomdaten einer Super-Pan-Genom-Population wurde eine eQTL-Analyse der Inversionsvariation durchgeführt und 863 genomische Inversionsstellen identifiziert, die mit der Variation des Expressionsniveaus von 4722 Genen in Zusammenhang stehen. Ein lokaler eQTL, OsINV10, der das Expressionsniveau von MADS56 signifikant beeinflusste, wurde im Detail untersucht. Ein Bruchpunkt von OsINV10 befand sich auch in der Promotorregion des MADS56-Gens. Funktionsanalyse und Haplotypanalyse deuteten darauf hin, dass dieses Gen möglicherweise mit der Hitzeresistenz von Reis zusammenhängt.

Hitzetoleranzanalysen an Überexpressions- und Knockout-Mutanten bestätigten beide, dass dieses Gen die Hitzeresistenz von Reis positiv regulieren und verbessern kann. Nach der Auswertung der Populationshäufigkeit wurde festgestellt, dass der Inversionsgenotyp in 74,8 % der Indica-Reispopulation und 6,0 ​​% der Japonica-Reispopulation verteilt war, was eine wichtige Quelle für die Differenzierung der Hitzeresistenz zwischen Indica- und Japonica-Reis sein könnte.

Diese Studie fasste die funktionellen Variationsmuster der genomischen Inversion in Reispopulationen zusammen, bestätigte die wichtige Rolle der Inversion bei der funktionellen Genexpression und der phänotypischen Variation von Reis und lieferte eine wichtige Grundlage und ein Forschungsmodell für die vollständige Ausschöpfung des genetischen Potenzials von Reisinversionen und dessen Weiterentwicklung Anwendung in der modernen Reiszüchtung.