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《自然—遗传学》:伍晓明/田仕林等揭示现代油菜遗传改良的基因组学基础

已有 1714 次阅读 2022-4-29 10:01 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2022年4月28日晚23时,中国农业科学院油料作物研究所伍晓明团队和诺禾致源研发与合作中心首席科学家田仕林团队等在Nature Genetics上在线发表题为“Genomic selection and genetic architecture of agronomic traits during modern rapeseed breeding”的研究成果。


该研究揭示了现代油菜育种过程中,甘蓝型油菜产量提升和适应性的遗传基础,鉴定了调控株型、产量和品质的关键基因和调控网络。


中国农业科学院油料作物研究所助理研究员胡继宏博士陈碧云副研究员张付贵博士谢婷副研究员助理研究员许鲲和诺禾致源赵静为论文共同第一作者。


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油菜是我国第一大油料作物,在我国食用油供应体系中占据重要位置。我国传统种植白菜型和芥菜型油菜,其适应性广、早熟,在我国传统栽培模式下能与水稻等作物完美轮作,已有数千年栽培历史。为显著提升油菜产量,20世纪30年代起,我国从欧洲和日本引进了产量高、抗性强的甘蓝型油菜,然而,甘蓝型油菜虽然产量高,但生育期长,不适合我国作物轮作制度。为此,我国经过60多年的品种选育,逐渐培育出了一批适应国内气候环境和轮作要求的高产双低油菜品种,使得油菜产量大幅提高。但是,现代育种过程甘蓝型油菜高产优质的遗传基础和选择规律尚未系统解析。


研究人员发现,半冬性油菜育种在我国经历了两个阶段:环境适应和高产量优质选择育种。系统分析1950~2010年代在欧洲和我国的油菜品种,研究人员发现半冬性油菜花期变短,株高增加,千粒重和每角果粒数增加,最终使得单株产量和收获指数增加。


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图1:现代油菜育种过程中的全基因组选择及关联位点


受选择分析表明环境适应主要体现在生长发育节律、株型、叶绿素含量和抗逆性相关四类基因受到选择。同时,在高产优质选择方面,14个产量(千粒重、每角粒数、主花序角果数、全株角果数等)QTLs和2个株型QTLs位点受到选择,导致植株增高、千粒重和每角粒数增加,从而提高单产水平。等位基因的逐步选择也证实了这些基因的选择使得半冬性品种更适应我国的环境和产量品质的提升。


研究人员通过全基因组关联分析(GWAS)获得了56个重要性状的遗传位点及热点区域分布,发掘了一批调控株型、产量和籽粒品质的候选基因,如BnPIN2BnRRFBnLSG。其中,在C08染色体上发现一个新的影响千粒重的位点及调控基因BnRRF, 进一步在拟南芥和甘蓝型油菜中,证明过量表达BnRRF基因能显著增加种子大小和粒重。


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图2:油菜群体遗传变异及重要性状关联位点基因组分布


研究确定了多个农艺性状位点的基因网络,发现这些农艺性状位点构成网络并形成节点,特别是株型、产量和品质性状分别形成紧密的网络,同时也与其他性状进行关联。其中株型和产量的网络节点联系更频繁。与此同时,也鉴定到多个同时影响株型和产量性状的多效性位点。


该研究系统挖掘了现代油菜育种过程中基因组选择和关键基因,为油菜高产优质遗传改良和全基因组设计育种提供了重要的理论基础和丰富的基因资源。

 

相关论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41588-022-01055-6




https://blog.sciencenet.cn/blog-3423233-1336167.html

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