東北地理所在植物器官形態遺傳解析研究方面取得新進展
植物器官形態的建成是植物研究領域最基本的生物學問題，存在著環境和遺傳之間復雜調控關系，導致了“世界上沒有兩片完全相同的葉子”。目前對于植物器官復雜形態的描述仍缺乏同一尺度內準確量化的方法，從而限制了器官形態的遺傳解析和設計改良。
近日，東北地理所大豆功能基因組學學科組通過異速生長數學模型的方法對擬南芥葉片和花瓣器官的形態變異進行了定量描述，并在具有復雜染色體構成的多親本高級世代互交系（MAGIC line）中解析了擬南芥器官形態變異的遺傳基礎。
本研究利用由19個親本相互雜交后形成的穩定遺傳的527份擬南芥多親本高級世代互交系為材料，通過對后代群體的染色體重構，獲得了527個株系的染色體片段組成和等位信息。通過構建葉片和花瓣器官形態的點模型，并以此構建形態的異速生長點模型數據庫，隨后借助主成分分析（PCA）對多維模型數據進行降維分析，獲得定量化的不同主效形態二維特征信息。然后，將量化的形態特征與群體等位變異信息結合，通過連鎖分析和GWAS分析方法進行遺傳解析，獲得調控器官形態的28個遺傳位點和調控葉片、花瓣器官形態共變異的20個遺傳位點。最終，可以重構出19個親本和527份材料形態差異的定量化的遺傳進化路徑，為器官形態的重新設計提供重要信息。
圖1. 擬南芥葉片和花瓣的數學模擬和遺傳解析
A.描述葉片和花瓣形態的點模型；B.擬南芥MAGIC群體中葉片和花瓣形態模型的PCA分析；C.MAGIC群體器官形態的異速生長空間；D.不同葉片形態的最優設計路線，不同顏色的箭頭表示不同PC的QTL位點。
中國科學院東北地理與農業生態研究所博士后李新和助理研究員張耀華為論文并列第一作者，楊素欣研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金的資助。（文章鏈接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02758-w）
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