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)表的關于甘藍型油菜的首篇論文，該研究為黃籽種質資源的創(chuàng)制和甘藍型油菜分子育種奠定了堅實基礎，具有重要的學術價值和應用前景。
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纖維素含量主效QTL共定位的trans-eQTL熱點區(qū)。在確定關鍵位點后，研究團隊基于前期初步定位所獲得QTL位點基礎上，通過高世代近等基因系構建和QTL精細定位，將該主效QTL區(qū)間縮小至70 kb。進而，結合近等基因系不同單倍型株系的轉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，將該基因命名為DYSOC1。
轉基因實驗結果表明，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對轉基因后代株系的形態(tài)和產量等相關性狀無明顯影響。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)生產黃籽、種子高含油量、以及低木質纖維素含量的高品質油菜籽的目標。
該研究不僅為黃籽高含油量、低木質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合eQTL和QTL精細定位技術在關鍵農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經(jīng)驗。
華中科技大學生命科學與技術學院博士研究生李懷鑫和吳明麗為該文第一作者，華中農業(yè)大學植物科學技術學院張椿雨教授和華中科技大學生命科學與技術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。
