杜鵑花泛指杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(Rhododendron L.)植物。中國(guó)是杜鵑花分布最多的國(guó)家,約有530余種,杜鵑花種類繁多,花、葉兼美,是中國(guó)十大傳統(tǒng)名花之一,其中高山杜鵑花冠碩大、花色絢麗、顏色豐富、株型優(yōu)美、四季常綠,不僅可作高檔盆花,還是園林綠化的珍貴樹種和樁景,具有極高的觀賞和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所科研團(tuán)隊(duì)以馬纓杜鵑(Rhododendron delavayi)、露珠杜鵑(Rhododendron irroratum)及其后代雜交群體(Rhododendron agastum)為研究對(duì)象,開展關(guān)鍵功能基因挖掘研究。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)2種杜鵑及其雜交后代、260份樣本進(jìn)行全基因組重測(cè)序,通過(guò)分析獲得了5,328,800個(gè)高質(zhì)量的SNPs;通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育和群體結(jié)構(gòu)分析,揭示了(圖1)雜交后代群體與親本馬纓杜鵑的親緣關(guān)系更為密切,2種杜鵑及其雜交后代群體間分化程度和群體內(nèi)個(gè)體多樣性程度較高;通過(guò)對(duì)19種重要園藝性狀的表型觀察、測(cè)量和統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)不同群體杜鵑的樹皮粗糙程度不受環(huán)境影響。結(jié)合GWAS、選擇性清除分析和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序表達(dá)模式分析等方法,研究人員鑒定到了4個(gè)與樹皮粗糙程度顯著相關(guān)的候選基因,并利用RT-qPCR對(duì)表達(dá)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
基于實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,該研究獲得了高質(zhì)量、高覆蓋度的變異位點(diǎn)數(shù)據(jù)集,鑒定到了與杜鵑樹皮粗糙程度顯著相關(guān)的目標(biāo)基因,揭示了兩種杜鵑及其雜交群體間的遺傳進(jìn)化關(guān)系;該研究得到的候選基因資源,可以指導(dǎo)杜鵑屬植物進(jìn)行定向遺傳改良;開發(fā)得到的適用于多種野生植物的GWAS分析方法,將為后續(xù)其他物種的研究,奠定良好基礎(chǔ)(圖2)。
近日,相關(guān)研究成果以Genome and GWAS analysis identified genes significantly related to phenotypic state of Rhododendron bark為題在線發(fā)表于園藝學(xué)頂級(jí)期刊Horticulture Research上。博士研究生葉倩男、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所副研究員張露為論文共同第一作者,昆明植物研究所研究員(現(xiàn)為浙江農(nóng)林大學(xué)教授)章成君、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)王繼華研究員和昆明植物研究所馬永鵬研究員為該論文共同通訊作者。本研究得到了ZIAT-Special Project, Science and Technology Talent and Platform Program of Yunnan Province等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
圖1 三種杜鵑種群結(jié)構(gòu)、PCA、系統(tǒng)發(fā)育樹(Neighbor-joining , NJ)和親緣關(guān)系分析
圖2 研究采用的分析方法和流程