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学术进展

做大圣娱乐登录:我院张德强教授团队在解析林木表型遗传变异方面取得重要进展

[发布日期:2014-12-03 点击数: ]

科学解析影响森林生产力的遗传调控机制,建立高效的基因辅助育种理论与技术体系,是克服林木当前常规育种技术瓶颈,加速林木良种化进程的根本。而林木重要经济性状如木材纤维素合成是受生物学网络途径上多基因、多位点联合调控的数量性状,其遗传调控机制十分复杂,由加性、显性与上位性遗传效应协同作用。因此,如何全面地解析数量性状的遗传调控一直是国内外遗传学家关注的热点。但,先前的研究仅关注代表“育种值”的加性效应,而组成群体遗传方差的其它两种效应则很少涉及,导致可利用的主效遗传因子太少,仅能够解析小部分的遗传变异。当前,国内外还未见同时对影响数量性状位点的三种主要遗传效应(加性、显性和上位性)进行联合解析的报道。为此,我院张德强教授团队依托“973”计划课题“木材品质性状的联合遗传学研究”与教育部引智计划项目,在前期对控制木材形成重要候选基因内等位变异关联作图研究的基础上,首次在林木中系统解析了生物学途径上多个关键基因联合控制生长与木材品质性状遗传变异的工作。

该研究以毛白杨种质资源基因库中460株个体为材料,利用基因重测序、SNP检测与SNP高通量基因型分型等技术手段,确定了来自纤维素生物合成途径中的11个候选基因的2114个SNP位点。利用基于关联群体的多基因、多位点关联作图模型,解析了基因内651个常见SNP位点对林木生长与木材纤维品质性状的加性、显性与上位性遗传效应。分别确定了121、108与43个显著的加性、显性和上位性SNP-性状关联位点;当考虑控制同一性状的所有显著SNP联合效应时,可解释中等水平的表型变异率,分别为17.0%-36.0%(加性效应),4.4%-30.0%(显性效应)与3.2%-25.9%(上位性效应)。研究显示,在林木群体中,加性、显性与上位性效应对表型性状的遗传变异均具有较大的贡献率,因此,首次提出在林木遗传改良中应同时将加性、显性与上位性效应进行同时检测,提高遗传改良效果,是对先前在林木育种中仅考虑加性效应的遗传改良策略的补充与完善;特别是确定了来自不同基因编码区内非同义位点间显著的上位性效应,代表了位点联合调控中不同类型蛋白-蛋白互作模式。在此基础上,利用1200株家系作图群体对显著标记位点进行验证,表明基于多基因的关联作图模型在检测低效应等位变异方面具有更高的效力。该研究强调了基于生物学途径上多基因关联作图模型在揭示树木重要数量性状主要遗传变异效应方面的优势,为推动林木数量性状遗传改良进程提供了新的育种理论与策略。

研究成果近期在线发表于国际著名遗传学杂志《DNA Research》上(5年平均影响因子为5.000),受到了美国科学院院士Ronald R. Sederoff的关注与好评。该文章的第一作者是做大圣娱乐登录青年教师、2014届林木遗传育种博士毕业生杜庆章博士。这是张德强团队自2012-2013年开创林木功能基因标记连锁-连锁不平衡联合作图研究以来,在林木数量性状遗传变异研究方面取得的又一次突破,巩固了我校在林木基因标记辅助育种方向国内领先,国际知名的地位。

附:文章链接:http://dnaresearch.oxfordjournals.org/content/early/2014/11/26/dnares.dsu040.short?rss=1

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