华中农大最新Nature子刊文章

　　

生物通报道：来自华中农业大学生命科学技术学院的研究人员通过比较全基因组关联分析，对水稻种子代谢与农艺性状的遗传基础进行了深入研究，发现并验证了多个新的控制水稻种子代谢物含量的候选基因。

这一研究成果公布在10月4日的Nature Communications杂志上，领导这一研究的是华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室罗杰教授，罗杰教授主要从事植物次生代谢及代谢组学、植物生物技术研究，曾在该领域发表多篇重要论文。

此前罗教授等人曾利用全基因组关联分析技术对840种代谢产物进行全面的分析，并对来自529个不同的栽培稻品种的约640万SNPs进行了进一步的mGWAS分析。这提供了关于水稻代谢组变异遗传和生物化学基础的一些新认识，并为水稻改良提供了一个强有力的补充工具。华中农业大学Nature子刊发表水稻研究新成果

在另外一项研究中，罗教授与严建兵教授合作，系统研究了玉米籽粒代谢组的遗传结构，对983个玉米籽粒代谢性状进行了遗传结构解析，完成了迄今玉米物种规模最大的代谢组关联分析研究。

在这些研究的基础上，这一研究组再次展开了水稻种子代谢及农艺性状的遗传基础的深入探索，他们揭示了水稻代谢物的遗传调控存在明显的组织特异性，且这种特异性部分受到组织特异性表达的等位基因控制。在此基础上，利用水稻和玉米在遗传定位效力及定位精度方面互补的特点，通过比较全基因组关联分析，同时提高了基因定位的效力和定位精度，确定了近20个新的控制水稻种子代谢物含量的候选基因，并对其中部分基因进行了功能验证。

研究人员还进一步通过对水稻种子农艺(颜色、粒重、粒厚、粒长和粒宽)及代谢性状“共调控”的平行全基因组关联分析，克隆并鉴定了部分同时影响代谢及农艺性状的基因。例如，控制葫芦巴碱合成的关键基因氧甲基转移酶(Os02g57760)既控制葫芦巴碱的含量，同时也影响水稻粒宽。

这些研究促进了作物代谢物遗传及生化调控的解析，提供了代谢与农艺性状关联的直接证据，同时提供了利用“交互功能基因组及代谢组”进行作物复杂性状解析的新手段。

作者简介：

罗杰
男，博士，教授。长期从事植物次生代谢调控及代谢组学研究。2002年博士毕业于华中科技大学植物生物技术专业。2003-2008年在英国著名研究所John Innes Centre从事访问及博士后研究。2009年加入华中农业大学并入选教育部新世纪优秀人才资助计划，主持国家自然科学基金、“863”重点项目、“973”课题等多项。2016年8月荣获“国家杰出青年科学基金”资助[2]  。在Nature Genetics, Nature Biotechnology, Nature Communications, Plant Cell, PNAS, Current Opinion in Plant Biology, Plant Journal, Molecular Plant, Food Chemistry, Journal of Experimental Botany, Journal of Integrative Plant Biology, 生命科学和科技导报等主流期刊发表多篇高水平论文，申请并获批了国家发明专利多项。该研究为代谢组与功能基因组研究提供了新思路，新方向，并多次应邀在国际国内学术会议上做大会报告。担任湖北省生化与分子生物学会常务理事、中国生化与分子生物学会农业分会理事、湖北省遗传学会理事、植物学报编委、Scientific Data (Nature系列）编委。

原文摘要：

Comparative and parallel genome-wide association studies for metabolic and agronomic traits in cereals

The plant metabolome is characterized by extensive diversity and is often regarded as a bridge between genome and phenome. Here we report metabolic and phenotypic genome-wide studies (mGWAS and pGWAS) in rice grain that, in addition to previous metabolic GWAS in rice leaf and maize kernel, show both distinct and overlapping aspects of genetic control of metabolism within and between species. We identify new candidate genes potentially influencing important metabolic and/or morphological traits. We show that the differential genetic architecture of rice metabolism between different tissues is in part determined by tissue specific expression. Using parallel mGWAS and pGWAS we identify new candidate genes potentially responsible for variation in traits such as grain colour and size, and provide evidence of metabotype-phenotype linkage. Our study demonstrates a powerful strategy for interactive functional genomics and metabolomics in plants, especially the cloning of minor QTLs for complex phenotypic traits.