科學(xué)解析影響森林生產(chǎn)力的遺傳調(diào)控機(jī)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(dāng)前常規(guī)育種技術(shù)瓶頸，加速林木良種化進(jìn)程的根本。而林木重要經(jīng)濟(jì)性狀如木材纖維素合成是受生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)途徑上多基因、多位點(diǎn)聯(lián)合調(diào)控的數(shù)量性狀，其遺傳調(diào)控機(jī)制十分復(fù)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(guó)內(nèi)外遺傳學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。但，先前的研究?jī)H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(dǎo)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(dāng)前，國(guó)內(nèi)外還未見同時(shí)對(duì)影響數(shù)量性狀位點(diǎn)的三種主要遺傳效應(yīng)（加性、顯性和上位性）進(jìn)行聯(lián)合解析的報(bào)道。為此，我院張德強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)依托“973”計(jì)劃課題“木材品質(zhì)性狀的聯(lián)合遺傳學(xué)研究”與教育部引智計(jì)劃項(xiàng)目，在前期對(duì)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(xué)途徑上多個(gè)關(guān)鍵基因聯(lián)合控制生長(zhǎng)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(kù)中460株個(gè)體為材料，利用基因重測(cè)序、SNP檢測(cè)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(gè)候選基因的2114個(gè)SNP位點(diǎn)。利用基于關(guān)聯(lián)群體的多基因、多位點(diǎn)關(guān)聯(lián)作圖模型，解析了基因內(nèi)651個(gè)常見SNP位點(diǎn)對(duì)林木生長(zhǎng)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(gè)顯著的加性、顯性和上位性SNP-性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)；當(dāng)考慮控制同一性狀的所有顯著SNP聯(lián)合效應(yīng)時(shí)，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(duì)表型性狀的遺傳變異均具有較大的貢獻(xiàn)率，因此，首次提出在林木遺傳改良中應(yīng)同時(shí)將加性、顯性與上位性效應(yīng)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，提高遺傳改良效果，是對(duì)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(bǔ)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(diǎn)間顯著的上位性效應(yīng)，代表了位點(diǎn)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(duì)顯著標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，表明基于多基因的關(guān)聯(lián)作圖模型在檢測(cè)低效應(yīng)等位變異方面具有更高的效力。該研究強(qiáng)調(diào)了基于生物學(xué)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(shì)，為推動(dòng)林木數(shù)量性狀遺傳改良進(jìn)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(guó)際著名遺傳學(xué)雜志《DNA Research》上（5年平均影響因子為5.000），受到了美國(guó)科學(xué)院院士Ronald R. Sederoff的關(guān)注與好評(píng)。該文章的第一作者是生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(qiáng)團(tuán)隊(duì)自2012-2013年開創(chuàng)林木功能基因標(biāo)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(biāo)記輔助育種方向國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)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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