科學解析影響森林生產(chǎn)力的遺傳調(diào)控機制，建立高效的基因輔助育種理論與技術(shù)體系，是克服林木當前常規(guī)育種技術(shù)瓶頸，加速林木良種化進程的根本。而林木重要經(jīng)濟性狀如木材纖維素合成是受生物學網(wǎng)絡(luò)途徑上多基因、多位點聯(lián)合調(diào)控的數(shù)量性狀，其遺傳調(diào)控機制十分復雜，由加性、顯性與上位性遺傳效應(yīng)協(xié)同作用。因此，如何全面地解析數(shù)量性狀的遺傳調(diào)控一直是國內(nèi)外遺傳學家關(guān)注的熱點。但，先前的研究僅關(guān)注代表“育種值”的加性效應(yīng)，而組成群體遺傳方差的其它兩種效應(yīng)則很少涉及，導致可利用的主效遺傳因子太少，僅能夠解析小部分的遺傳變異。當前，國內(nèi)外還未見同時對影響數(shù)量性狀位點的三種主要遺傳效應(yīng)（加性、顯性和上位性）進行聯(lián)合解析的報道。為此，我院張德強教授團隊依托“973”計劃課題“木材品質(zhì)性狀的聯(lián)合遺傳學研究”與教育部引智計劃項目，在前期對控制木材形成重要候選基因內(nèi)等位變異關(guān)聯(lián)作圖研究的基礎(chǔ)上，首次在林木中系統(tǒng)解析了生物學途徑上多個關(guān)鍵基因聯(lián)合控制生長與木材品質(zhì)性狀遺傳變異的工作。
該研究以毛白楊種質(zhì)資源基因庫中460株個體為材料，利用基因重測序、SNP檢測與SNP高通量基因型分型等技術(shù)手段，確定了來自纖維素生物合成途徑中的11個候選基因的2114個SNP位點。利用基于關(guān)聯(lián)群體的多基因、多位點關(guān)聯(lián)作圖模型，解析了基因內(nèi)651個常見SNP位點對林木生長與木材纖維品質(zhì)性狀的加性、顯性與上位性遺傳效應(yīng)。分別確定了121、108與43個顯著的加性、顯性和上位性SNP-性狀關(guān)聯(lián)位點；當考慮控制同一性狀的所有顯著SNP聯(lián)合效應(yīng)時，可解釋中等水平的表型變異率，分別為17.0%-36.0%（加性效應(yīng)），4.4%-30.0%（顯性效應(yīng)）與3.2%-25.9%（上位性效應(yīng)）。研究顯示，在林木群體中，加性、顯性與上位性效應(yīng)對表型性狀的遺傳變異均具有較大的貢獻率，因此，首次提出在林木遺傳改良中應(yīng)同時將加性、顯性與上位性效應(yīng)進行同時檢測，提高遺傳改良效果，是對先前在林木育種中僅考慮加性效應(yīng)的遺傳改良策略的補充與完善；特別是確定了來自不同基因編碼區(qū)內(nèi)非同義位點間顯著的上位性效應(yīng)，代表了位點聯(lián)合調(diào)控中不同類型蛋白-蛋白互作模式。在此基礎(chǔ)上，利用1200株家系作圖群體對顯著標記位點進行驗證，表明基于多基因的關(guān)聯(lián)作圖模型在檢測低效應(yīng)等位變異方面具有更高的效力。該研究強調(diào)了基于生物學途徑上多基因關(guān)聯(lián)作圖模型在揭示樹木重要數(shù)量性狀主要遺傳變異效應(yīng)方面的優(yōu)勢，為推動林木數(shù)量性狀遺傳改良進程提供了新的育種理論與策略。
研究成果近期在線發(fā)表于國際著名遺傳學雜志《DNA Research》上（5年平均影響因子為5.000），受到了美國科學院院士Ronald R. Sederoff的關(guān)注與好評。該文章的第一作者是生物科學與技術(shù)學院青年教師、2014屆林木遺傳育種博士畢業(yè)生杜慶章博士。這是張德強團隊自2012-2013年開創(chuàng)林木功能基因標記連鎖-連鎖不平衡聯(lián)合作圖研究以來，在林木數(shù)量性狀遺傳變異研究方面取得的又一次突破，鞏固了我校在林木基因標記輔助育種方向國內(nèi)領(lǐng)先，國際知名的地位。
附：文章鏈接：http://dnaresearch.oxfordjournals.org/content/early/2014/11/26/dnares.dsu040.short?rss=1
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