Hortic Res | 中国林科院王军辉团队基于模块化遗传定位策略揭示楸树叶片表型遗传机制

叶片是维持植物的生长发育的重要光合器官。叶片的大小、形状和颜色等表型性状种内变异丰富，直接影响其光合效率。前期研究多关注叶片大小等基础性状，而叶片形态和颜色也是影响光合作用的关键性状，但其相关遗传机制研究较少。因此，联合叶片大小、形态和颜色三类性状，对于全面深入理解叶片生长和功能的遗传结构至关重要。

2023年2月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）中国林业科学研究院林业研究所珍贵用材树种遗传改良研究组题为Genetic Architecture of Leaf Morphology Revealed by Integrated Trait Module in Catalpa bungei 的研究论文。该研究以楸树全同胞群体为材料，利用图像采集的方法，精准数字化获取楸树叶片表型并划分为叶片大小、形态和颜色3个模块，结合遗传定位、转录组分析和qPCR 验证，基于模块化遗传定位策略揭示楸树叶片形态的遗传机制。

研究发现：（1）楸树全同胞群体叶片表型遗传变异丰富，两个亲本叶片表型差异显著（图1a, b）。（2）基于模块内及模块间遗传规律分析发现（图1c, d），模块内部相关性强于模块间，表明模块划分的合理性；模块内：大小模块和颜色模块内部均为正相关关系，形态模块内部以负相关为主；模块间：大小和形态模块间关系较强，颜色模块相对独立。（3）叶片形态模块内部的圆度、叶尖数量和长宽比性状间相互协同变化，是叶片形态的代表性指标。

基于模块化的表型，结合覆盖全基因组的SNP分子标记开展遗传定位研究后发现：（1）发掘出与叶片表型相关QTL位点共189个，叶片形态和大小模块有4个共定位QTL，颜色模块与其他模块没有共定位的位点，从QTL定位水平进一步表明颜色模块更为独立。（2）模块内部共定位区域和密集分布SNP的区域中，筛选出与性状显著相关的关键基因；叶片形态相关的基因FAD 调节脂肪酸组成和膜流动性，LAS调节羊毛甾醇的生物合成，参与植物抗逆、胁迫响应和防御机制（图2a）；叶尖数量显著相关的基因CRK2 和SRK 经过转录组和qPCR验证，参与植物的光合、细胞壁形成发育和植物发芽、叶片生长（图2b, c）。（3）叶片性状相关基因在不同组织的表达调控网络分析发现，三个模块的基因相互作用，共同调控叶片生长发育；叶片颜色模块相关基因形成单独的小调控网络，从转录的水平上，再次证明了颜色模块的相对独立性。

上述研究结果对于系统理解楸树叶片生长发育遗传机制有重要意义，为其他多维表型数据的遗传定位研究提供研究思路，也为楸树液相芯片开发和分子标记辅助育种提供功能分子标记。中国林业科学研究院林业研究所助理研究员张苗苗和博士研究生刘冰洋共同第一作者，张苗苗和王军辉研究员为共同通讯作者。本研究获得国家重点研发计划（2021YFD2200202）和国家自然科学基金青年基金项目（32001337）的资助。

作者团队介绍

团队合照

王军辉研究员领衔的珍贵用材树种遗传改良研究组，围绕世界林木种业科技前沿，面向我国林业行业主战场和国家重大需求，系统开展楸树和云杉种质资源收集保存与评价、新种质创制与良种选育、无性繁育与产业化应用，以及特异性状机制解析等研究，实现良种的自主创新，推动我国珍贵用材树种品种升级换代。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad032

转自：“园艺研究”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！