作物所甘薯重要性狀的基因劑量調(diào)控研究在《Nature Plants》發(fā)表
2024年12月12日，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所、康奈爾大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院華南植物園、重慶師范大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，在植物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Nature Plants雜志（一區(qū)，IF15.8）上發(fā)表了題為“Refining polyploid breeding in sweetpotato through allele dosage enhancement”的研究論文。本研究通過構(gòu)建甘薯等位基因劑量變異圖譜，首次揭示了23個(gè)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀相關(guān)的劑量QTL，明確了劑量QTL對(duì)性狀變異的貢獻(xiàn)，闡明了等位基因劑量調(diào)控參與甘薯性狀改良的遺傳規(guī)律。這一成果標(biāo)志著甘薯重要性狀遺傳解析方面的重大突破，為甘薯及其他多倍體作物的分子設(shè)計(jì)育種提供了新的理論依據(jù)。
劑量QTL位點(diǎn)
甘薯是世界上重要的糧食作物，其基因組由六套染色體組成，這種遺傳復(fù)雜性賦予多倍體物種更豐富的表型變異和適應(yīng)性，但育種選擇變得更加困難。本研究首次從等位基因劑量角度去探究多倍體甘薯的基因組育種規(guī)律，為甘薯分子設(shè)計(jì)育種提供重要的理論指導(dǎo)。
本研究通過對(duì)294份甘薯核心種質(zhì)進(jìn)行深度測(cè)序，構(gòu)建了等位基因劑量變異圖譜，該圖譜定量了等位變異在六套染色體上的拷貝數(shù)，結(jié)合23個(gè)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，闡明了等位基因劑量對(duì)性狀表型調(diào)控具有顯著影響。進(jìn)一步對(duì)甘薯育種史進(jìn)行了回顧，發(fā)現(xiàn)育種家無意識(shí)的對(duì)這些劑量QTL進(jìn)行選擇，進(jìn)而使得現(xiàn)代育成種從單位點(diǎn)-多位點(diǎn)共同劑量累積了更多的優(yōu)勢(shì)等位變異。為了驗(yàn)證以上發(fā)現(xiàn)，本研究對(duì)關(guān)鍵候選基因IbEXPA4進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了基因上游等位變異劑量抑制IbEXPA4基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)薯塊膨大，闡明了等位變異、基因表達(dá)、表型調(diào)控三者之間的劑量調(diào)控關(guān)系。綜上，本研究不僅為甘薯育種提供了寶貴的遺傳資源，也為全球多倍體作物的遺傳改良提供了新的視角。
廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所張湘博博士，唐朝臣博士，江炳志副研究員，張榮博士以及重慶師范大學(xué)李明副研究員為文章共同第一作者。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所王章英研究員、中國(guó)農(nóng)業(yè)科院作物研究所付俊杰研究員、美國(guó)康奈爾大學(xué)費(fèi)章君教授和中國(guó)科學(xué)院華南植物園劉旭副研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、廣東省科技廳、廣東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳以及廣東省農(nóng)科院等各級(jí)項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-024-01873-y