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为解析油菜叶形复杂性的分子机制，贵州大学研究人员对 APL01/Holly 重组自交系群体进行 QTL 定位。结果发现 10 个调控叶柄叶耳形成的位点，确定 BnC09.LMI1 为关键候选基因。该研究为油菜叶形遗传研究提供了新视角。
在植物的奇妙世界里，叶子形态各异，这不仅是植物分类的重要依据，还蕴含着丰富的进化信息。以油菜为例，其叶形的多样性与光合作用效率、产量等密切相关，对油菜的生长发育和农业生产意义重大。然而，尽管科学家们对植物叶形的研究不断深入，但油菜叶形复杂性的遗传调控机制仍有许多未解之谜。比如，油菜叶形的变化是由哪些基因精确控制的？这些基因之间又是如何相互作用的？为了揭开这些谜团，探索油菜叶形的遗传奥秘，贵州大学的研究人员勇挑重担，开展了一系列深入且富有创新性的研究。
研究人员将目光聚焦在两种具有代表性的油菜叶形上：锯齿叶缘和深裂叶缘。他们进一步细分锯齿叶，依据叶柄是否有叶耳，建立了全新的表型分类系统。在此基础上，研究人员利用 APL01/Holly 重组自交系群体（包含 2755 个标记），在三个不同环境下进行数量性状基因座（QTL）定位研究。最终，他们成功鉴定出 10 个与无叶柄叶耳相关的一致性位点。其中，位于染色体 C9 上的一个主效 QTL（qNLP.C9 - 3）尤为引人注目，它跨越 951kb 的区间，在 APL01 遗传背景下，可解释 9.43% - 21.66% 的表型变异。通过深入分析，研究人员从该区间的 148 个注释基因中，筛选出 BnC09.LMI1 作为调控叶柄叶耳形成和叶复杂性的候选基因。这一重大发现，为深入理解油菜叶形的遗传调控机制奠定了坚实基础，为油菜的遗传改良和品种选育提供了关键的理论依据和基因资源，有望助力农业生产，提高油菜的产量和品质。该研究成果发表在《Plant Growth Regulation》杂志上。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是构建重组自交系群体，通过连续自交 APL01 和 Holly 杂交后代，获得稳定遗传的群体用于后续研究。其次是 QTL 定位技术，利用高 - 密度单核苷酸多态性（SNP）遗传连锁图谱，结合复合区间作图模型，精准定位与叶柄叶耳性状相关的 QTL。此外，还运用了基因克隆和序列分析技术，对候选基因进行克隆和测序，以及实时定量 PCR 技术，分析基因的表达水平 。
下面来详细看看研究结果：
- 表型变异分析：在油菜五叶期，APL01 和 Holly 均表现为锯齿叶缘，但 APL01 叶柄有叶耳，Holly 则无。对 189 个重组自交系（RILs）的表型统计显示，叶形分为有叶耳和无叶耳两种类型。受环境因素影响，不同环境下有叶耳和无叶耳的 RILs 数量差异显著，但总体上有叶耳的 RILs 数量更多，表明叶柄叶耳的形成可能受主基因控制。
- QTL 定位：通过对三个实验环境的研究，共鉴定出 13 个与无叶柄叶耳（NLP）性状相关的 QTL，它们分布在染色体 A2、A10、C3、C4 和 C9 上，可解释 4.11% - 21.66% 的表型变异。其中，位于染色体 C9 上 115.9 - 117.3cM 区间的三个 QTL 被整合为一个一致性 QTL（qNLP.C9 - 3），它在不同实验环境下解释的表型变异较高，是调控 NLP 性状的主要位点。此外，在染色体 A2 上也鉴定出两个被整合的一致性 QTL，其余八个 QTL 分别在单个实验环境中被检测到。
- 主效 QTL 的物理定位：qNLP.C9 - 3 位于染色体 C9 的 Bnscaff_21636_1 - p15905 和 Bn - scaff_22481_1 - p281546 两个分子标记之间。通过序列比对，将其定位到 ZS11 参考基因组的 scaffoldC09:66982854 - 67933833 区间，该区间包含 148 个基因。由于 Darmor - bzh 基因组中相关标记位于 “chrUn_random” 区域，qNLP.C9 - 3 在该基因组中的位置暂未确定。
- 候选基因筛选：对 qNLP.C9 - 3 区间基因进行功能注释，发现两个同源框基因 BnC09.RCO 和 BnC09.LMI1。系统发育分析表明，BnC09.RCO 与 ChRCO 同源，BnC09.LMI1 与 AtLMI1 同源。基因克隆和序列分析显示，BnC09.RCO 和 BnC09.LMI1 的基因组 DNA 序列在 APL01 和 Holly 之间无差异。表达分析发现，BnC09.RCO 在相关样本中不表达，而 BnC09.LMI1 在有叶耳植株的茎尖分生组织和幼叶中表达量显著高于无叶耳植株，表明 BnC09.LMI1 是调控叶柄叶耳形成的重要候选基因。
研究结论和讨论部分指出，无叶柄叶耳是油菜中一种新发现的叶形，丰富了人们对油菜叶形多样性的认识。叶柄叶耳的形成主要受主基因调控，同时可能有微效基因参与。BnC09.LMI1 作为关键候选基因，其在有叶耳和无叶耳植株中的表达差异明显，可能通过影响叶原基细胞的生长和分化来调控叶柄叶耳的形成。此外，叶形变异与作物生产密切相关，例如有叶耳的油菜可能在光合作用和微气候调节方面具有优势，而无叶柄叶耳的 Holly 在某些产量相关性状上表现出特点，如长角果和高千粒重。这些发现为进一步研究油菜叶形的遗传机制提供了重要线索，有助于通过基因工程手段改良油菜品种，提高油菜的适应性和产量。同时，叶形作为一种可直观观察的性状，有望开发成为杂交纯度鉴定和单株选择的表型标记，提高农业生产效率。
