华中农业大学Cell子刊GWAS研究新文章

　　

生物通报道  来自华中农业大学的研究人员报告称，通过全基因组关联（GWAS）研究他们揭示出了导致水稻叶绿素含量自然变异的遗传结构。研究结果发布在6月Cell出版社旗下的子刊《Molecular Plant》杂志上。

领导这一研究的是华中农业大学的王功伟（Gongwei Wang）副教授。其主要的研究方向包括水稻光合生产力的分子遗传学基础、高光效分子育种、世界水稻核心种质资源收集与表型鉴定。

高等植物包含两种叶绿素：叶绿素a和叶绿素b。叶绿素a存在于所有反应中心复合物及天线复合物之中，而叶绿素b仅存在于天线复合物中。叶绿素a对于光化学至关重要，叶绿素b则是稳定主要捕光色绿色结合蛋白的必要条件。另一方面，叶绿素和其衍生物是强有力的光敏剂，当其过量时会导致活性氧（ROS）。为了维持健康的生长，在植物发育过程中叶绿色代谢受到高度调控。

水稻是全球一半以上人口的主粮（延伸阅读：中科院Nature Genetics发表水稻研究新成果 ）。叶绿体含量是水稻育种中最重要的生理性状之一，因为它与叶片光合作用和产量潜力密切相关。数十年来改良叶绿体含量性状一直是水稻培育的一个重点方向，已有研究报告一些新的高产水稻品种比低产水稻品系具有更高的叶片光合速率和叶绿素含量。

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利用水稻叶绿体缺陷突变株或非功能性滞绿突变体，当前已鉴别出了一系列与叶绿素代谢相关的基因，诸如OsChlH, OsChlD, OsChlI, YGL1, NON-YELLOW COLORING1 (NYC1), NYC1-LIKE (NOL), STAYGREEN (SGR),和NON-YELLOW COLORING4 (NYC4)等。但在这些克隆基因中还未发现有任何的基因与水稻叶绿体含量天然遗传变异有关联。尽管目前为止已发现了少量与叶绿体含量相关性状的QTLs，但所有这些研究探索自然变异的范围仍然有限。与QTL连锁作图方法相比，GWAS研究可以大大提高复杂农业性状自然变异的范围和显著位点的数量。

在这篇新文章中，研究人员对收集自世界各地的529个不同的水稻品种进行了GWAS研究，总体鉴别出了46个显著相关位点。随后他们对亲本选择自这一关联组的3个F2作图群体进行进一步测试，以验证GWAS信号。

通过结合来自近等基因系和转基因植物的数据，研究人员明确证实了Ghd7是在抽穗期导致叶绿素含量自然变异的一个主要位点。Ghd7表达增高可导致叶绿体含量降低，其主要是通过下调与叶绿素和叶绿体生物合成相关的基因表达来实现这一效应的。此外，NAL1也对应了两年来反复检测到的一个显著相关区域。他们揭示出在NAL1 的5′UTR有高度的多态性，编码区域有4个非同义SNPs，并观察到了这些单倍型的不同效应。

新研究为优化叶绿素含量，改善水稻的光合效率及最大化碳获取提供了一些重要的线索。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genetic Architecture of Natural Variation in Rice Chlorophyll Content Revealed by a Genome-Wide Association Study

Chlorophyll content is one of the most important physiological traits as it is closely related to leaf photosynthesis and crop yield potential. So far, few genes have been reported to be involved in natural variation of chlorophyll content in rice (Oryza sativa) and the extent of variations explored is very limited. We conducted a genome-wide association study (GWAS) using a diverse worldwide collection of 529 O. sativa accessions……