张椿雨教授团队合作克隆甘蓝型油菜中首个显性黄籽且可同时提高含油量的基因

 　　南湖新闻网讯（记者 晓宣）甘蓝型油菜是我国最重要的油料作物之一。研究表明，在遗传背景接近的情况下，黄籽油菜较黑籽油菜种子含油量更高，而木质纤维素含量更低，故在甘蓝型油菜育种中备受青睐。然而，目前已克隆的绝大多数黄籽基因均为隐性基因，这极大限制了甘蓝型油菜黄籽品种的培育。　　
　　1月4日，张椿雨教授团队联合华中科技大学栗茂腾教授团队在Science Advances期刊发表了题为A rare dominant allele DYSOC1 determines seed coat color and improves seed oil content in Brassica napus的研究论文。该研究通过eQTL分析与QTL精细定位联合分析，成功从黄籽甘蓝型油菜品系N53-2中鉴定并克隆了一个显性黄籽基因DYSOC1（dominant gene of yellow seed coat color and improved seed oil content 1）。遗传后代表型分析和转基因后代分析显示，该基因在使种皮种子变黄的同时，也显着提高了含油量。据悉，这是我国学者在该期刊上发表的关于甘蓝型油菜的首篇论文，该研究为黄籽种质资源的创制和甘蓝型油菜分子育种奠定了坚实基础，具有重要的学术价值和应用前景。
　　
　　研究团队首先通过杂交试验确认了N53-2中包含显性黄籽基因，并通过对KN DH群体进行eQTL分析，在ChrA09染色体末端鉴定到一个与种子含油量、种皮颜色和种子木质纤维素含量主效QTL共定位的trans-eQTL热点区。在确定关键位点后，研究团队基于前期初步定位所获得QTL位点基础上，通过高世代近等基因系构建和QTL精细定位，将该主效QTL区间缩小至70 kb。进而，结合近等基因系不同单倍型株系的转录组和亲本间候选基因序列差异，获得了候选基因BnaA09g44670D，根据主效QTL的效应，将该基因命名为DYSOC1。
　　
　　转基因实验结果表明，在黑籽甘蓝型油菜中回补DYSOC1在种皮变黄和含油量显着提高，最高可增加10%以上，同时，种子木质纤维素含量、原花青素含量、种皮厚度和皮壳率显着下降。而在黄籽油菜N53-2中敲除DYSOC1则获得相反的表型。进一步分析表明，DYSOC1对转基因后代株系的形态和产量等相关性状无明显影响。DYSOC1在种皮中高度特异性表达，并有效抑制苯丙烷代谢途径和黄酮类化合物的合成，从而显着减少原花青素和木质纤维素含量，使种皮更薄且呈现黄色。群体单倍型分析表明，DYSOC1尚未在甘蓝型油菜育种中得到广泛应用。通过将N53-2和甘蓝型油菜黑籽品种中双11杂交，杂种后代中带有DYSOC1单倍型的株系在种皮变黄的同时，种子含油量显着提高了4%以上，这进一步验证了该基因的直接利用价值。
　　
　　根据上述研究结果，研究团队提出，可通过不同育种策略利用DYSOC1 进行高含油量甘蓝型油菜品种创制，以适应不同种植环境需要。在第一种策略中，F1杂交种表现为黄色种皮，因而可具有更快的萌发速度；而在第二种策略中，F1杂交种表现为黑色种皮，可具有更强的抗逆性。这两种育种策略均能实现生产黄籽、种子高含油量、以及低木质纤维素含量的高品质油菜籽的目标。
　　
　　该研究不仅为黄籽高含油量、低木质纤维素含量甘蓝型油菜育种提供了一种新的基因资源，还展示了多组学分析结合eQTL和QTL精细定位技术在关键农艺性状遗传解析与候选基因鉴定方面的潜力，为未来作物遗传改良和精准育种提供了技术经验。
　　
　　华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生李怀鑫和吴明丽为该文第一作者，华中农业大学植物科学技术学院张椿雨教授和华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。



日期：2025-01-30