1月4日，張椿雨教授團隊聯(lián)合華中科技大學栗茂騰教授團隊在Science Advances期刊發(fā)表了題為A rare dominant allele DYSOC1 determines seed coat color and improves seed oil content in Brassica napus的研究論文。該研究通過eQTL分析與QTL精細定位聯(lián)合分析，成功從黃籽甘藍型油菜品系N53-2中鑒定并克隆了一個顯性黃籽基因DYSOC1（dominant gene of yellow seed coat color and improved seed oil content 1）。遺傳后代表型分析和轉(zhuǎn)基因后代分析顯示，該基因在使種皮種子變黃的同時，也顯著提高了含油量。據(jù)悉，這是我國學者在該期刊上發(fā)表的關(guān)于甘藍型油菜的首篇論文，該研究為黃籽種質(zhì)資源的創(chuàng)制和甘藍型油菜分子育種奠定了堅實基礎(chǔ)，具有重要的學術(shù)價值和應(yīng)用前景。
研究團隊首先通過雜交試驗確認了N53-2中包含顯性黃籽基因，并通過對KN DH群體進行eQTL分析，在ChrA09染色體末端鑒定到一個與種子含油量、種皮顏色和種子木質(zhì)纖維素含量主效QTL共定位的trans-eQTL熱點區(qū)。在確定關(guān)鍵位點后，研究團隊基于前期初步定位所獲得QTL位點基礎(chǔ)上，通過高世代近等基因系構(gòu)建和QTL精細定位，將該主效QTL區(qū)間縮小至70 kb。進而，結(jié)合近等基因系不同單倍型株系的轉(zhuǎn)錄組和親本間候選基因序列差異，獲得了候選基因BnaA09g44670D，根據(jù)主效QTL的效應(yīng)，將該基因命名為DYSOC1。
轉(zhuǎn)基因?qū)嶒灲Y(jié)果表明，在黑籽甘藍型油菜中回補DYSOC1在種皮變黃和含油量顯著提高，最高可增加10%以上，同時，種子木質(zhì)纖維素含量、原花青素含量、種皮厚度和皮殼率顯著下降。而在黃籽油菜N53-2中敲除DYSOC1則獲得相反的表型。進一步分析表明，DYSOC1對轉(zhuǎn)基因后代株系的形態(tài)和產(chǎn)量等相關(guān)性狀無明顯影響。DYSOC1在種皮中高度特異性表達，并有效抑制苯丙烷代謝途徑和黃酮類化合物的合成，從而顯著減少原花青素和木質(zhì)纖維素含量，使種皮更薄且呈現(xiàn)黃色。群體單倍型分析表明，DYSOC1尚未在甘藍型油菜育種中得到廣泛應(yīng)用。通過將N53-2和甘藍型油菜黑籽品種中雙11雜交，雜種后代中帶有DYSOC1單倍型的株系在種皮變黃的同時，種子含油量顯著提高了4%以上，這進一步驗證了該基因的直接利用價值。
根據(jù)上述研究結(jié)果，研究團隊提出，可通過不同育種策略利用DYSOC1 進行高含油量甘藍型油菜品種創(chuàng)制，以適應(yīng)不同種植環(huán)境需要。在第一種策略中，F(xiàn)1雜交種表現(xiàn)為黃色種皮，因而可具有更快的萌發(fā)速度；而在第二種策略中，F(xiàn)1雜交種表現(xiàn)為黑色種皮，可具有更強的抗逆性。這兩種育種策略均能實現(xiàn)生產(chǎn)黃籽、種子高含油量、以及低木質(zhì)纖維素含量的高品質(zhì)油菜籽的目標。
該研究不僅為黃籽高含油量、低木質(zhì)纖維素含量甘藍型油菜育種提供了一種新的基因資源，還展示了多組學分析結(jié)合eQTL和QTL精細定位技術(shù)在關(guān)鍵農(nóng)藝性狀遺傳解析與候選基因鑒定方面的潛力，為未來作物遺傳改良和精準育種提供了技術(shù)經(jīng)驗。
華中科技大學生命科學與技術(shù)學院博士研究生李懷鑫和吳明麗為該文第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術(shù)學院張椿雨教授和華中科技大學生命科學與技術(shù)學院栗茂騰教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的資助。
