近日,華南師范大學生命科學學院王宇濤課題組及合作者在《Current Biology》期刊發表題為“Domestication may have unintentionally increased arsenic accumulation in japonica rice”的研究成果。華南師范大學生命科學學院畢業生李穎偉、在讀碩士生李嘉寧、林偉恩、畢業生吳靖雯為論文的共同第一作者,王宇濤副研究員為通訊作者。
該研究通過比較現代水稻及其野生祖先——普通野生稻對砷的吸收、轉運特性,發現粳稻(水稻亞種)的砷積累水平顯著高于其野生祖先。進一步基于全基因組重測序的系統發育信號分析表明:在從野生稻到現代粳稻品種的馴化過程中,砷積累的遺傳性狀強烈受到人工選擇,證實人類馴化提高了粳稻的砷污染風險。
該研究進一步結合生理、轉錄和基因組手段進行深入研究,發現馴化對水稻砷積累性狀的改變是由人類對水稻高效磷營養性狀的選擇所致。水稻根系中同時負責磷和砷吸收的磷-砷共轉運蛋白PT1基因明顯受到人工選擇,且PT1基因的表達水平在粳稻中顯著高于其野生祖先;與此同時,粳稻根系對砷元素的親和力和最大吸收速率顯著高于野生稻。這些發現揭示了人類對水稻磷營養性狀的選擇卻意外增加了砷污染風險的機制,為防控水稻砷污染風險提供了新的思路。
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模型圖:人類對水稻磷營養性狀的選育無意中增加了水稻的砷污染風險
特別地,王宇濤課題組于2024年6月在《New Phytologist》期刊發表的論文已經證實:人類對水稻的馴化過程惡化了水稻與叢枝菌根真菌的共生關系。兩項研究共同揭示了“馴化懲罰”導致水稻等作物優良性狀和優異基因資源在人工選擇中的喪失,為將野生稻的優良性狀重新導入現代品種提供了重要的理論依據。
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