東北地理所在植物器官形態(tài)遺傳解析研究方面取得新進(jìn)展
植物器官形態(tài)的建成是植物研究領(lǐng)域最基本的生物學(xué)問(wèn)題，存在著環(huán)境和遺傳之間復(fù)雜調(diào)控關(guān)系，導(dǎo)致了“世界上沒(méi)有兩片完全相同的葉子”。目前對(duì)于植物器官?gòu)?fù)雜形態(tài)的描述仍缺乏同一尺度內(nèi)準(zhǔn)確量化的方法，從而限制了器官形態(tài)的遺傳解析和設(shè)計(jì)改良。
近日，東北地理所大豆功能基因組學(xué)學(xué)科組通過(guò)異速生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)擬南芥葉片和花瓣器官的形態(tài)變異進(jìn)行了定量描述，并在具有復(fù)雜染色體構(gòu)成的多親本高級(jí)世代互交系（MAGIC line）中解析了擬南芥器官形態(tài)變異的遺傳基礎(chǔ)。
本研究利用由19個(gè)親本相互雜交后形成的穩(wěn)定遺傳的527份擬南芥多親本高級(jí)世代互交系為材料，通過(guò)對(duì)后代群體的染色體重構(gòu)，獲得了527個(gè)株系的染色體片段組成和等位信息。通過(guò)構(gòu)建葉片和花瓣器官形態(tài)的點(diǎn)模型，并以此構(gòu)建形態(tài)的異速生長(zhǎng)點(diǎn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，隨后借助主成分分析（PCA）對(duì)多維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行降維分析，獲得定量化的不同主效形態(tài)二維特征信息。然后，將量化的形態(tài)特征與群體等位變異信息結(jié)合，通過(guò)連鎖分析和GWAS分析方法進(jìn)行遺傳解析，獲得調(diào)控器官形態(tài)的28個(gè)遺傳位點(diǎn)和調(diào)控葉片、花瓣器官形態(tài)共變異的20個(gè)遺傳位點(diǎn)。最終，可以重構(gòu)出19個(gè)親本和527份材料形態(tài)差異的定量化的遺傳進(jìn)化路徑，為器官形態(tài)的重新設(shè)計(jì)提供重要信息。
圖1. 擬南芥葉片和花瓣的數(shù)學(xué)模擬和遺傳解析
A.描述葉片和花瓣形態(tài)的點(diǎn)模型；B.擬南芥MAGIC群體中葉片和花瓣形態(tài)模型的PCA分析；C.MAGIC群體器官形態(tài)的異速生長(zhǎng)空間；D.不同葉片形態(tài)的最優(yōu)設(shè)計(jì)路線，不同顏色的箭頭表示不同PC的QTL位點(diǎn)。
中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士后李新和助理研究員張耀華為論文并列第一作者，楊素欣研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。（文章鏈接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02758-w）
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