西南大学利用共表达分析鉴定出调控油菜粒重的候选基因

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

甘蓝型油菜（Brassica napus L.）是我国最重要的油料作物，在国民经济和人民生产生活中有着十分突出的地位。然而，即使在高投入农业条件下，其产量也相对较低。作为影响油菜产量的三要素之一，粒重具有遗传力高、提升潜力大的特性，但它是一个典型的数量遗传性状，利用传统的精细定位方法挖掘基因需耗费大量时间。近日，西南大学农学与生物科技学院重庆市油菜工程技术研究中心钱伟教授小组在The Crop Journal在线发表了题为“Detection of new candidate genes controlling seed weight by integrating gene coexpression analysis and QTL mapping in Brassica napus L.”的研究论文，联合基因共表达分析和定位分析，挖掘出一批控制油菜粒重的候选基因。

功能基因的定位主要包括连锁分析和关联分析。利用这两种方法，研究人员定位到许多与目标性状相关的基因座。由于定位群体的大小、标记密度、连锁不平衡等的影响，定位区间往往较大，导致候选基因仍然未知。这个问题在功能注释稀少的非模式物种中尤为显著，而且通常很少有信息可用于确定候选基因的优先级。该研究提供了一种筛选候选基因的新方法，即将遗传定位信息与基因共表达网络相结合，不仅可以快速鉴定候选基因，而且可以根据共表达关系推测候选基因参与的代谢途径。

该研究以油菜粒重为例，收集来自不同物种中控制粒重的已知基因，将这些已知基因在油菜中的同源基因作为guide gene，将油菜粒重QTL及GWAS区间内的基因作为candidate gene。利用71份油菜资源材料发育15天角果的基因表达谱数据，构建基因共表达网络（图1）。在共表达网络中，功能相似的基因往往聚集在一起，形成不同的模块（module），module 1主要参与油脂、蛋白质的合成及储存、碳水化合物的转运等过程，module 2则与光合作用相关。作者从共表达网络中选择了一个连通性较高的候选基因BnaA02b.SCPL19进行分析（图2）。BnaA02b.SCPL19候选基因关联分析及其拟南芥同源基因AtSCPL19的转基因结果显示它们为粒重正调控因子。BnaA02b.SCPL19位于module 1，与322个基因存在共表达关系。这些基因在脱落酸响应途径显著富集，qRT-PCR结果显示多个脱落酸合成及信号途径的基因差异表达，推测SCPL19通过脱落酸响应途径调控种子储藏物质的积累而影响粒重。以上研究结果表明，利用共表达网络分析，将来自不同物种的已有信息及本物种的未知信息相结合，为从定位区间中筛选候选基因提供了强有力的方法。

图1 油菜粒重基因的共表达网络

图2 BnaA03b.SCPL19候选基因关联分析及AtSCPL19的功能验证

作者和基金项目

西南大学农学与生物科技学院博士后董红利为该文第一作者，钱伟教授为通信作者。钱伟教授小组（团队）主要以甘蓝型油菜及其亲本种为研究对象，广泛开展种质资源创新与拓展，并利用多组学对油菜产量、品质性状形成机制及菌核病、根肿病抗性机制进行深入解析，挖掘出了一批优良的遗传位点，并培育出多个抗性油菜新品种。该团队已在PLoS Pathology、Journal of Experimental Botany、Theoretical and Applied Genetics等学术期刊上发表多篇高水平研究论文。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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