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林木分子育种团队在木质素生物合成遗传调控领域取得新进展

发表时间:(2019-01-17)

  近日,我校高精尖林木分子育种创新团队依托国家重点研发课题(No. 2016YFD0600102),率先开展了杨树木质素生物合成通路遗传调控网络的解析工作。通过大规模鉴定木质素合成通路中具有调控作用的MicroRNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)与转录因子,构建了木质素生物合成遗传互作调控网络。研究成果近日正式发表于生物学一区TOP期刊《Plant Biotechnology Journal》(IF:6.305),引起国内外同行的广泛关注。

 

图:木质素生物合成遗传互作网络与关键基因遗传效应解析

 

  木质素是木材的重要化学组分,在树木水分运输、抵御生物与非生物胁迫及支撑高大的树体自身等方面具有基础地位。先前虽利用基因工程等技术手段对木质素生物合成通路中部分关键酶基因进行了功能解析,但木质素作为数量性状,其生物合成受到多基因、多水平的协同调控,那么,木质素生物合成通路的上游调控因子(如非编码RNA与转录因子)有哪些?这些调控因子与木质素生物合成关键酶基因之间又是如何互作来联合调控木材形成等科学问题,仍需要系统研究与深入分析。

 

  该研究以我国北方重要用材与生态树种毛白杨优异种质资源群体为材料,利用转录组测序、基因组重测序与生物信息学方法,鉴定出81个转录因子,36个miRNA以及190个lncRNA协同作用于木质素生物合成通路13个关键酶基因家族的203个基因。并利用关联遗传学策略,解析了124个显著SNP位点对木材形成的加性、显性与上位性遗传效应,构建了lncRNA-miRNA-mRNA遗传调控网络。特别是,通过表达数量性状位点(expression quantitative trait nucleotide, eQTN)作图策略,系统阐明了上游miRNA与lncRNA在调控木质素生物合成通路中所起的枢纽作用,在转录水平通过与关键酶基因之间的遗传互作影响表型变异,表明非编码RNA是林木生长与发育的重要遗传调控因子。该研究将林木数量性状加性、显性与上位性效应的关联分析方法与eQTN作图策略相结合,为解析林木复杂性状的遗传结构与林木分子设计育种提供了重要的理论指导与技术支持,具有重要的科学价值

  

  林木分子设计育种高精尖创新中心博士后权明洋为论文第一作者,张德强教授为通讯作者,团队成员杜庆章、肖亮、卢文杰、王龙欣、谢剑波、宋跃朋与徐煲铧等参与了该研究的具体实验工作。该研究得到了国家重点研发计划课题(No. 2016YFD0600102),国家自然科学基金(No.31500550与No. 31670333)和北京市自然科学基金(No.6172027)等项目的联合支持。

 

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.12978  (A19)

来源:生物学院、高精尖中心          作者:生物学院、高精尖中心          浏览次数: