近日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心,，以下簡稱“基因組所”）聯(lián)合崖州灣國家實驗室,、中國水稻研究所等單位在學術期刊《植物細胞（The Plant Cell）》上發(fā)表了題為“Population-level exploration of alternative splicing and its unique role in controlling agronomic traits of rice”的研究論文，該研究基于全球野生稻和栽培稻核心種質(zhì)資源,，構建了群體水平、多組織的水稻可變剪接變異圖譜,，挖掘到多個可變剪接與重要農(nóng)藝性狀相關的優(yōu)異基因,，為深入理解剪接變異的遺傳基礎及其在控制水稻農(nóng)藝性狀中的重要調(diào)控作用提供了寶貴資源和新見解。

水稻（Oryza sativa）是重要的糧食作物之一,，充分發(fā)掘和利用水稻優(yōu)異變異資源是開展水稻遺傳改良的重要途徑,。團隊前期構建了群體規(guī)模最大、基因組充分注釋,、稻屬中系統(tǒng)的圖形超級泛基因組（Shang et al., 2022）,，系統(tǒng)解析了水稻核心種質(zhì)群體中的轉(zhuǎn)座子變異（Li et al., 2024）、倒位變異（He et al., 2024）,、著絲粒序列變異（Lv et al., 2024）等多種復雜結(jié)構變異,，高效挖掘了一批水稻高產(chǎn)和抗逆相關的優(yōu)異新基因，為水稻結(jié)構變異的群體遺傳學應用奠定了重要基礎,。同時,，結(jié)合超級泛基因組群體的轉(zhuǎn)錄表達圖譜，成功克隆了關鍵耐鹽新基因STG5（Wei et al., 2024）,。然而,，仍有相當一部分表型變異不能被基因組序列變異直接解釋，因此需要進一步對下游潛在的功能性變異展開探索,，而功能基因的可變剪接（Alternative splicing,，AS）則是其中的重要目標,。

可變剪接是真核生物中重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制，也是產(chǎn)生蛋白質(zhì)多樣性的重要原因,，在調(diào)控植物表型變異方面發(fā)揮著關鍵作用,。然而，水稻中關于多組織,，群體水平的AS研究十分有限,，AS對農(nóng)藝性狀調(diào)控作用也鮮有報道，這阻礙了AS在水稻精準育種和改良運用中的潛在價值,。本研究利用全球水稻核心種質(zhì)資源（包括野生稻和栽培稻）構建葉和穗組織的AS圖譜,。相比于參考基因組，AS基因的比例提高了20%,，表明群體水平AS圖譜的構建增加了轉(zhuǎn)錄本的多樣性,，為水稻農(nóng)藝性狀的育種和改良提供了豐富的遺傳資源。組織間AS基因比較結(jié)果顯示,，43.7%的AS基因在葉片或穗中特異剪接（圖1）,，表明利用多組織探究AS具有更全面的優(yōu)勢和必要性。同時,，本研究鑒定了不同馴化事件和秈-粳分化過程中差異轉(zhuǎn)錄本,，這些差異轉(zhuǎn)錄本有助于理解水稻在馴化和分化過程中的基因表達調(diào)控的變化。

圖1 水稻群體葉和穗組織的轉(zhuǎn)錄本組裝與鑒定

為了解析AS的遺傳調(diào)控特征,，本研究利用水稻超泛基因組（Shang et al., 2022）,，通過剪接數(shù)量性狀位點定位（sQTL）將遺傳變異與剪接表型聯(lián)系起來。探索單核苷酸多態(tài)性（SNPs）和基因組大的結(jié)構變異（SVs）對基因剪接的影響,。結(jié)果表明,，順式調(diào)控的效應大于反式調(diào)控，并且大約21%的順式調(diào)控僅能通過SVs解釋,，說明大的結(jié)構變異對基因剪接具有重要影響,。進一步分析了AS的組織特異性遺傳調(diào)控，發(fā)現(xiàn)僅22.5%的基因可以在葉和穗組織中同時被sQTL檢測到,，說明AS在組織發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用,。此外，影響基因剪接的遺傳變異并不一定會影響整體mRNA的豐度,，超過三分之一的sGenes（具有顯著sQTL的基因）不具有顯著的eQTL信號（圖2）,，表明AS和基因表達可能受到相對獨立的遺傳調(diào)控。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解可變剪接的遺傳調(diào)控提供了重要參考,，同時也未來的水稻育種和遺傳改良提供了重要的理論基礎,。

圖2 sQTL和eQTL的遺傳調(diào)控模式

為了探索AS如何調(diào)控水稻農(nóng)藝性狀和對水稻遺傳改良的潛在價值，本研究利用基因可變剪接與十個農(nóng)藝性狀進行了剪接-表型關聯(lián)分析（spQTL）,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉片中的58個剪接基因和穗中34個剪接基因與至少一個農(nóng)藝性狀顯著相關（圖3）,。其中,，發(fā)現(xiàn)一個株型性狀與OsPIE1基因的剪接比關聯(lián)信號最強，且與表達量的相關性不顯著,。利用CRISPR/Cas9介導的OsPIE1基因敲除株系株型明顯改變,，驗證了利用AS變異來挖掘農(nóng)藝優(yōu)異基因的新方法?？傊?，本研究以可變剪接為切入點，探索了可變剪接對農(nóng)藝性狀的重要調(diào)控作用,，為未來水稻育種和改良提供了重要的資源,。

圖3 OsPIE1基因通過可變剪接調(diào)控水稻株型

基因組所商連光研究員、崖州灣國家實驗室錢前院士和基因組所胡冠菁研究員為論文的共同通訊作者,?；蚪M所博士后張泓、陳武,、祝德和在讀碩士生張彬濤,、許強為論文共同第一作者。該研究得到科技創(chuàng)新2030—重大項目,、國家自然科學基金基礎科學中心,、廣東省自然科學基金杰出青年基金、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程科學中心和中國農(nóng)科院青年創(chuàng)新專項資金資助,。該工作得到了基因組所,、中國水稻所和崖州灣科技城超級計算平臺的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae181

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