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学术进展

做大圣娱乐登录:张德强教授课题组在基因标记分子育种领域取得重要进展

[发布日期:2012-12-24 点击数: ]

森林作为最重要的陆地生态系统,为人类生存提供了约80%的纤维质生物量,是当前缓解能源危机,实施可持续发展最具前途的可再生资源。特别是近年来,随着我国经济的迅猛发展,对木材和纸张的需求量及其质量的要求越来越高。为满足这一要求,就需要为社会提供足够的优质木材纤维工业原料。但我国森林资源严重短缺,森林覆盖率为20.36%,国内所需木材大多依赖于国外进口,木材资源的战略安全及林木育种工程面临严峻挑战;而林以种为本,种以质为先,杂交育种虽为国家的速生丰产林建设提供了大批良种,但由于树木高度杂合、育种周期长、异交体系等因素严重限制了林木的遗传改良进程,目前林业生产中仍在使用一些老的品种,难以满足当今社会对木材产量与质量的需求。而解析影响森林生产力的遗传机制是加速林木良种化进程的根本,为此,我校做大圣娱乐登录张德强教授课题组依托国家重点基础研究发展计划(973计划)课题“木材品质性状的联合遗传学研究”,首次系统开展了以改良木材品质及产量为目的,解析木材形成的遗传调控机制为途径的林木分子标记辅助育种研究工作。

该研究以我国北方重要的用材树种毛白杨的自然与杂交群体为材料,首先基于Affymetrix杨树表达谱芯片、Realtime-PCR技术及生物信息学技术相结合的策略,选取在毛白杨木质部中高丰度差异表达的150个关键酶基因及调控因子基因作为候选基因,开展了重测序与生物信息学分析。在此基础上,从138个基因的不同区域内(包括启动子、5' UTR、Introns、Exons、和3' UTR)发现了544个基因内微卫星DNA标记(Genic SSR marker)。随后,利用毛白杨自然群体进行了多态性SSR标记的筛选; 利用杨属不同派间个体(以柳树为类外群)进行了系统聚类分析及种间转移性评价;利用大规模毛白杨杂交作图群体进行了孟德尔遗传分离检测;利用毛白杨自然群体进行了候选基因内SSR标记与木材品质性状的连锁不平衡作图。结果显示基于功能基因开发的微卫星标记在系统进化,连锁图谱构建,种间鉴定、关联作图等方面都有着重要的应用价值,为组合利用基于自然群体的关联作图及基于杂交群体的连锁作图奠定了基。徊教岢鲇弥帜谔匾煨許SR标记进行分子遗传学研究的重要性。

在上述研究的基础上,我们组合利用连锁-连锁不平衡(Linkage-Linkage disequilibrium)作图策略,首次系统的对毛白杨纤维素合酶基因家族(PtoCesA gene family)内的SSR标记进行了与生长及其木材品质性状的关联分析,并利用了Real-time PCR技术等生物学手段对关联结果进行了验证,最终确定了与树木木材品质性状显著连锁的PtoCesA内的功能SSR位点,为创制速生、优质林木优异种质提供科学理论依据及高效技术体系。该实验设计体系完整,作图群体材料新颖且具有代表性,其统计方法及表型测定精确性高,为以后大规模开展林木关联作图研究提供了重要的参考价值。首先,我们利用重测序技术从毛白杨纤维素合酶基因家族内开发出36个多态性SSR标记。其次,利用覆盖我国黄河流域9个省区,大约1万平方公里的毛白杨自然群体为研究材料,对该家族进行了连锁不平衡水平检测,发现其水平在其基因内部已衰退至不明显,这为我们选择基于候选基因的关联作图方法提供了理论支持。随后,我们利用混合线性模型(Q+K model)确定了与生长及木材品质性状显著关联的15个单标记和9 个显著单体型(Haplotypes);并利用杂交作图群体最终验证出4个显著关联位点,而利用Real-time PCR技术同样也检测到影响基因mRNA显著表达的2个功能性位点。这些功能性位点的确定为筛选优异种质提供了新的技术手段,是当前林木育种战略实施的最前沿和发展趋势。

上述研究结果近期先后在国际著名遗传学及植物学杂志《DNA Research》和《New Phytologist》以研究论文的形式发表,这两篇文章的第一作者是林木育种学科的在读博士研究生杜庆章,其通讯作者为该博士生的导师张德强教授。这是北京林业大学首次作为第一单位在《DNA Research》和《New Phytologist》上发表原创性成果,巩固了我校在林木遗传育种领域国内领先,国际知名的地位,开创了林木分子标记辅助育种领域多基因多标记联合关联作图的新时代。

《New Phytologist》是世界植物科学领域最古老的权威学术期刊之一,创刊于1902年,以发表植物学领域的原创性研究成果为主,内容非常丰富,涵盖了宏观植物学和微观植物学的多个方面。该刊5年平均影响因子为6.620,2011年的影响因子为6.645,在SCI数据库植物科学领域的199个期刊中排名第7。

《DNA Research》是遗传学领域著名的学术期刊之一,创刊于1994年,以发表最高质量的DNA及基因组相关方向的原创性研究成果为主,该刊5年平均影响因子为5.276,2011年的影响因子为5.164,在SCI数据库遗传学领域的157个期刊中排名第20。

两篇论文的链接为:
《DNA Research》:http://dnaresearch.oxfordjournals.org/content/early/2012/12/03/dnares.dss031.full
《New Phytologist》:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.12072/pdf

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