大豆光合作用增产的新靶点


发布时间:

2022-01-08

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  光合作用是一个复杂的生理生化过程,不仅与植物自身的光合作用能力有关,而且还受到环境因素的影响,如光照、温度、水分、大气CO2浓度和营养。研究表明,光合作用是一个复杂的数量性状,其遗传调控机制很难探索。然而,分子生物学技术和分子标记的迅速发展使得确定复杂的表型变异和基因型相关性成为可能。叶绿素荧光是研究不同环境条件对植物光合作用影响的有效方法,作为一种非侵入性指标,它可以在不损害叶片的情况下快速评估光合作用。叶绿素荧光参数的变化可以反映光系统PSI和PSII(主要是PSII)吸收、利用、转移和光能耗散的过程。

 

  为了探索大豆光合作用相关性状的遗传变异并揭示关键调控基因,本研究在三个环境中测量了219种不同大豆种质的四个代表性叶绿素荧光参数,即光系统II的最大量子效率,PSII的量子效率,光化学猝灭和非光化学猝灭。通过全基因组关联研究分析了潜在的遗传结构,检测到48个SNP与这四个性状相关,预测了稳定QTL中的9个候选基因,高光合效率种质和低光合效率种质之间存在候选基因表达水平的巨大差异。总之,本研究发现了17个与光合作用相关性状相关的QTL和9个可能参与光合作用调控的基因,为揭示光合作用的遗传机制提供了参考。这些QTL和候选基因将通过增加光合作用为作物产量提高提供新的目标。本研究的结果为了解光合作用的遗传机制提供了基础,有助于发现与光合效率相关的新基因组区域和候选基因的鉴定,这将为培育具有高光效率和产量的新作物品种奠定基础。

 

  图1 三种环境下四种主要叶绿素荧光参数的频率分布。E1,E2和E3分别代表三种环境;Fv/Fm,光系统II的最大光化学效率;ΦPSII,光系统II的实际产量;qP,光化学猝灭系数;NPQ,非光化学猝灭系数。

 

  图2 219份大豆材料的四个叶绿素荧光参数的曼哈顿图和Q- Q图。E1、E2和E3分别代表三种环境。Fv/Fm,光系统II的最大光化学效率;ΦPSII,光系统II的实际光化学效率;qP,光化学猝灭系数;NPQ,非光化学猝灭系数。

 

  图3 9个候选基因的表达分析。A、 基于RNA-seq数据的九种基因在不同组织不同阶段的表达水平。B、 利用qRT-PCR技术分析了不同光合效率材料叶片中9个假定基因的表达情况。

 

  来源:Y. Yang, L.Wang, Z. Che, et al., Novel target sites for soybean yield enhancement by photosynthesis, Journal of Plant Physiology,Volume 268(2022)153580,1-10.

 

  编辑:张玉

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