甘蓝型油菜是我国最为重要的油料作物之一。研究表明，在遗传背景接近的情况下，黄籽油菜较黑籽油菜种子含油量更高，而木质纤维素含量更低，故在甘蓝型油菜育种中备受青睐。然而，目前已克隆的绝大多数黄籽基因均为隐性基因，这极大限制了甘蓝型油菜黄籽品种的培育。

2025年1月4日，华中科技大学栗茂腾教授课题组联合华中农业大学张椿雨教授课题组在甘蓝型油菜中克隆了可显著提高含油量的显性黄籽多效性基因。该研究通过eQTL分析和QTL精细定位，从黄籽油菜品系N53-2中克隆了一个显性黄籽、且可同时提高种子含油量的基因 (dominant gene of yellow seed coat color and improved seed oil content 1, DYSOC1)。群体单倍型分析表明，DYSOC1为稀有单倍型。相关研究结果发表在Science Advances期刊上，论文标题为A rare dominant allele DYSOC1 determines seed coat color and improves seed oil content in Brassica napus。据悉，这是我国学者在该期刊上发表的与甘蓝型油菜种子相关性状基因克隆和功能研究的第1篇论文。

该研究首先通过将N53-2与多个黑籽甘蓝型油菜杂交，确认了N53-2中包含显性黄籽基因。随后通过对由N53-2和黑籽材料Ken-C8构建的KN DH群体进行eQTL分析，在ChrA09染色体末端鉴定到一个包含4935个trans-eQTL的热点区，该eQTL热点区同时与ChrA09染色体上的种子含油量、种皮颜色和种子木质纤维素含量主效QTL uqA9-9共定位（图1）。

图1. KN DH群体中eQTL定位（A~E）；反式eQTL热点区（F）；Ken-C8（G）和N53-2（H）中compartment分布；种子木质纤维素含量（I）、种皮颜色（J）和种子含油量（K）QTL密度分布。

确定主效位点后，进一步在包含2276个单株的BC₅F₂近等基因系中将该主效QTL位点精细定位至70 kb区间内。近等基因系中不同遗传背景单株（NIL^N53-2和NIL^Ken-C8）的种子含油量、种皮颜色和种子木质纤维素含量均存在显著差异，且uqA9-9位点杂合子的种子表型与N53-2纯合子一致，这表明该区间内包含一个显性黄籽基因，且该基因同时影响种子含油量和木质纤维素含量。而后，结合近等基因系间的转录组分析和候选区间内的基因序列差异分析，获得了候选基因BnaA09g44670D，根据该基因对甘蓝型油菜种子表型的贡献，将其命名为DYSOC1（图2）。

图2. BC₅F₂ NIL中ChrA09染色体eQTL热点区精细定位（A~E）；DYSOC1的eQTL（F）；精细定位区间内注释基因在NIL中的表达量差异（G）；Ken-C8和N53-2之间DYSOC1的基因（H~I）和蛋白（J）序列差异。

为验证DYSOC1的基因功能，研究团队同时在黑籽甘蓝型油菜品系Ken-C8和J9709中回补了DYSOC1。结果显示，转基因植株在种皮变黄的同时，种子含油量显著提高，分别提高了9.91%和10.05%；同时，种子木质纤维素含量、原花青素含量、种皮厚度和皮壳率显著下降。相反，在黄籽油菜N53-2中敲除DYSOC1则获得了与基因回补完全相反的结果（图3）。进一步分析显示，各转基因株系的种子脂肪酸组分、蛋白质含量、千粒重，以及株型等表型性状基本不受影响。

图3. Ken-C8转基因系及其野生型种皮颜色（A~B）、种皮切片的间苯三酚染色（G~H）和种子含油量等（M, P）；N53-2转基因系及野生型种皮颜色（C~D）、种皮切片间苯三酚染色（I~J）和种子含油量等（N, Q）；J9709转基因系及其野生型的种皮颜色（E~F）、种皮切片间苯三酚染色（K~L）和种子含油量等（O, R）。

为进一步解析DYSOC1调控种皮色泽的分子机理，研究团队对DYSOC1转基因系的种皮进行了转录组和代谢组联合分析。在种皮中共鉴定出255个差异代谢物，其中黄酮类化合物和酚酸类化合物含量在回补株系中显著下调。转录组结果则表明，种皮中差异表达基因被显著富集到苯丙烷途径和黄酮类化合物合成，且上述通路基因被DYSOC1显著下调；同时，多个上述通路的正向调控转录因子（如TT1和TT8）在不同发育阶段的种皮中被DYSOC1显著下调。基因表达模式分析表明，DYSOC1在种皮、角果皮和假隔膜中特异性高表达，而在胚和营养器官中几乎不表达（图4）。

图4. J9709转基因系及其野生型成熟种皮中差异代谢物（A）；DYSOC1在的表达模式（B~G）；C6.TT1（H），A09.TT8（I）和C09.TT8（J）在近等基因系及各转基因系种皮中的表达量。

群体单倍型分析表明，DYSOC1在甘蓝型油菜自然群体中存在至少五种主要单倍型和五种稀有单倍型。其中，只有Hap^N53-2与黄色种皮完全连锁，并且Hap^N53-2株系的种子含油量显著高于其他单倍型，种子木质纤维素含量则显著低于其他单倍型。Hap^N53-2株系仅占自然群体全部株系的0.56%，表明其尚未被广泛应用于甘蓝型油菜育种（图5）。

图5. 甘蓝型油菜自然群体中DYSOC1的单倍型及其数量分布（A）；自然群体中各DYSOC1单倍型株系的种子含油量（B）和木质纤维素含量（C~E）。

为评价DYSOC1的潜在育种价值，研究团队进一步将黄籽油菜材料N53-2与黑籽商业化品种ZS11（Hap^Ken-C8）进行了杂交，并构建了F₂群体。结果显示，在F₂群体中，F₂^N53-2的种皮颜色更浅，中双11相比（F₂^ZS11），种子含油量提高了4.04%，且种子木质纤维素含量也显著下降；杂合子的表型与F₂^N53-2相一致。研究团队还考察了不同单倍型近等基因系的产量相关性状，NIL^N53-2和NIL^Ken-C8的产量没有显著差异。基于以上研究结果，研究团队认为DYSOC1可有效用于现有黑籽甘蓝型油菜品种的遗传改良，并可直接用于黄色种皮、种子高含油量和低种子木质纤维素含量甘蓝型油菜的培育（图6）。

图6. F₂群体中各组株系的种子含油量和木质纤维素含量（A）；F₂^ZS11（B~D）、F₂^N53-2（E~G）和F₂^H（H~J）的成熟种皮颜色。

基于以上结果，研究团队提出了两种利用DYSOC1进行种子高含油量甘蓝型油菜育种的策略，分别培育黄色种皮（萌发更快）和黑色种皮（抗逆性更强）的甘蓝型油菜F₁杂交种。同时，两种杂交种均可用于黄籽、种子高含油量和种子低木质纤维素含量油菜籽生产（图7）。本研究为进一步提高甘蓝型油菜种子含油量和黄籽油菜育种提供了新的基因资源和种质资源。

图7. 利用DYSOC1进行杂交育种的示意图。

华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生李怀鑫和吴明丽为该文第一作者，华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授和华中农业大学植物科学技术学院张椿雨教授为通讯作者。华中科技大学为第一完成单位，本研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。