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张德强团队系统解析多基因控制林木表型遗传变

2019-10-07 07:49

北京林业大学 张德强团队系统解析多基因控制林木表型遗传变异

张德强团队深度解析林木次生生长遗传调控机制

本报讯(记者郑金武 通讯员铁铮)近日,北京林业大学教授张德强团队依托“973”课题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,首次系统解析了生物学途径上多个关键基因联合控制林木生长与品质性状的遗传变异。

近日,北京林业大学教授张德强研究团队依托林木分子设计育种高精尖创新中心与国家重点研发计划课题,以毛白杨群体为模式,采用转录组测序、基因组重测序、SNP检测等技术手段及关联作图策略,系统揭示了林木次生微管组织差异表达lncRNAs的全基因组分布模式与表达规律,发现lncRNA保守序列元件主要与“维管组织模式形成”、“植物细胞壁”和“木质部生长发育”等相关,可通过顺式或反式作用方式调控“碳水化合物合成”和“植物激素信号传导”相关的5352个编码蛋白基因。

林木重要经济性状的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。如何全面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。

据介绍,林木次生生长源于维管形成层,通过径向分裂向外形成次生韧皮部,向内形成次生木质部,即木材。因此,深度解析林木次生生长的遗传调控机制,为提高林木产量与品质,保障木材战略安全具有重要意义。然而,对于生命现象的重要遗传调控因子,如长链非编码RNAs在次生生长过程中的调控作用仍不明晰,林木群体基因组水平上解析lncRNA基因的等位遗传变异及其遗传效应尚属空白。

张德强团队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、高通量基因分型等技术,确定了来自纤维素生物合成途径中的11个候选基因的相关位点。并利用基于关联群体的多基因、多位点关联作图模型,解析了相关基因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。

张德强研究团队的成果阐明了lncRNAs可通过“直接靶定”和“海绵效应”两种方式受到杨树miRNAs的调控,形成由miRNA介导的iRNA-lncRNA-mRNA联合调控网络。利用加性、显性及上位性效应联合作图模型,系统解析了lncRNA及其靶基因等位变异规律及其遗传效应,发现lncRNA及其靶基因内1163个SNPs位点与林木生长及木材品质形状显著关联,可解释表型变异的1.2%-29.3%。研究首次将多基因关联作图理论应用到lncRNAs及其靶基因遗传互作研究层面,为探究非编码RNA-靶基因遗传互作机制提供了新的研究理论与策略。

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。张德强提出,在林木遗传改良中,应同时将加性、显性与上位性效应同时检测,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。

据悉,该研究成果已于近日在线发表于国际著名遗传学杂志《DNA Research》上(影响因子为5.267)。生物学院在读博士生周大凌为论文第一作者,张德强教授为通讯作者,团队成员杜庆章、陈金辉和王情世参与了该研究的具体实验工作。

《中国科学报》 (2014-12-08 第4版 综合)

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