华中农大近期科学研究进展

原创 华中农业大学 华中农业大学

揭示油菜籽粒含油量自然变异的遗传基础

12月11日，Molecular Plant在线发表了华中农业大学油菜团队和生物信息团队合作完成的题为“Genome- and Transcriptome-Wide Association Studies Provide Insights into the Genetic Basis of Natural Variation of Seed Oil Content in Brassica napus”的研究论文。该研究在油菜籽粒含油量遗传基础解析，新基因挖掘和油脂合成调控网络等方面取得新进展。

甘蓝型油菜是世界上第三大植物油来源，其产量约占全球食用油产量的13%。油菜籽粒含油量是油菜重要的性状之一，籽粒含油量的遗传机理解析对于高含油量品种的选育以及满足我国不断增长的食用油需求具有重要意义。近年来群体转录组分析在关联群体中的应用为“后关联分析时代”的研究提供了新思路。

▲群体结构，油菜籽粒含油量QTL定位，QTL效应以及受选择分析

研究利用505份甘蓝型油菜群体的基因组重测序数据以及从中选择的309份代表性材料种子发育中两个时期的转录组数据，通过全基因组关联分析（GWAS）和全转录组关联分析（TWAS）等方法对油菜籽粒含油量的遗传基础进行了系统解析。

研究中获得了505份甘蓝型油菜自交系共1.7Tb的重测序数据（平均每个品种覆盖度9倍），最终鉴定出10,620,048个变异位点，结合关联群体多年多点的含油量性状，利用GWAS分析定位了27个高可信的含油量QTL位点，并对含油量QTL在不同环境中的效应进行了评估。进一步利用TWAS分析鉴定了600多个与含油量显著关联的候选基因，这些基因编码的蛋白主要参与转录调控、脂质代谢和次生代谢等。通过基因共表达分析鉴定到了4个基因模块与含油量显著相关。

▲发育40天油菜籽粒含油量相关基因，基因模块，基因表达量-QTL网络

由于作物中连锁不平衡区间较大，QTL区间受到育种选择以及基因功能注释信息较为缺乏等因素影响，通过GWAS分析克隆基因还较为困难。为预测含油量QTL区间候选基因，该研究基于多组学数据，整合GWAS结果、变异效应、TWAS结果、eQTL信息、单倍型效应以及基于机器学习方法的基因功能预测打分，开发了POCKET算法，用于QTL区间候选基因排序。最终在qOC.A05.3和qOC.C05.3区间预测BnaA05.PMT6和BnaC05.PMT6为两个QTL的候选基因。BnPMT6转基因油菜的含油量结果表明BnPMT6负调控油菜含油量与预测结果一致，基因表达分析暗示BnPMT6可能受到LEC1和FUS3两个油脂合成关键转录因子的调控。该研究解析了油菜油脂合成的遗传基础，克隆了两个调控含油量的新基因，研究结果对解析油脂合成的机制和油菜含油量遗传改良均具有重要意义。

华中农业大学植物科学技术学院博士研究生唐珊、赵虎为论文共同第一作者，郭亮教授和谢为博教授为共同通讯作者。华中农业大学周永明教授、杨庆勇副教授，密苏里大学圣路易斯分校王学敏教授以及新加坡南洋理工大学马威教授参与了该研究。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205220304342

在中子星内部结构与夸克物质信号研究方面取得进展

▲f-mode频率随中子星质量变化关系

▲p-mode频率随中子星质量变化关系

▲g-mode频率随中子星质量变化关系

近日，华中农业大学理学院魏薇教授与美国加州州立大学长滩分校的团队合作在揭秘中子星内是否存在夸克物质方面取得进展，相关成果以“Lifting the Veil on Quark Matter in Compact Stars with Core g-mode Oscillations”为题发表在国际天文学期刊The Astrophysical Journal。研究揭示了中子星内部夸克物质的出现会引起星体内部g-mode振荡频率的明显变化，提示未来寻找中子星内部夸克物质信号的可能途径，为寻找中子星内夸克物质的观测指针具有重要意义。

作为宇宙中最致密的天体之一，中子星是高能天体物理领域重要的研究对象，研究中子星有助于人类了解极端密度下的物质状态。在高密高压的中子星内部，可能发生一系列的极端物理过程，例如中子、质子物质退禁闭为夸克物质的相变过程，而寻找中子星内的夸克物质信号是中子星研究的重要目标之一，但是到目前为止，研究者们还没有确定性证据表明中子星内出现夸克物质等物态。

通常认为，通过中子星的质量-半径关系发生明显变化是判断中子星内部是否出现夸克物质的重要信号。但近年来不少研究都指出，夸克物质可能在中子星内出现伪装，即含有夸克物质的中子星，特别是夸克以夸克-核子混合相出现的中子星，其在质量半径关系上可与纯中子星完全一样。因此质量半径关系在判断中子星内是否有夸克物质中出现困难。本文通过研究含夸克物质中子星内的各种振荡模式的情况，发现夸克物质的出现将引起中子星g-mode振荡频率明显上升，这为探测中子星内部夸克物质信号提供了新的思路。

论文采用Gibbs相变构造含夸克-中子混合相的中子星模型，通过计算Cowling近似下的星体流体方程，数值给出f-mode、p-mode和g-mode频率随中子星质量的变化情况，发现f-mode和p-mode频率不会因为夸克物质出现而发生明显变化，而g-mode频率却会因为夸克物质出现而发生显著提升。

随着前年美国激光干涉引力波天文台和欧洲处女座引力波探测器宣布首次探测到来自双中子星并合的新型引力波信号，通过引力波信号探索中子星内部物态成为新的研究重点。文章进一步提出，g-mode振荡频率恰好在现有引力波探测器灵敏范围内，如果g-mode振荡与双星并合过程形成共振，将在可能在双中子星并合引发的引力波辐射信号中留下观测印记，成为探测中子星内部夸克物质信号的有利证据。

华中农业大学理学院物理系魏薇教授为论文第一作者，华中农业大学为第一完成单位。

论文链接： https://doi.org/10.3847/1538-4357/abbe02

在tRNA核苷修饰研究中取得新进展

近日，华中农业大学植物科学技术学院生物质能团队陈鹏课题组在Tree Physiology上在线发表题为“PtKTI12 genes influence wobble uridine modifications and drought stress tolerance in hybrid poplar”的研究论文。该研究采用木本模式植物杨树进行tRNA核苷修饰与非生物抗逆性的研究，首次揭示了杨树延伸因子复合体成员PtKTI12参与tRNA摆动碱基ncm5U等修饰核苷合成和调节杨树抗旱中的作用。该文章也被选中为杂志封面文章。

转录延伸因子复合体（Elongator complex）简称ELP复合体，由Elp1-6核心成员及Kti11-14等辅助因子构成，在真核生物中有很高同源性。前期有研究报道Elp复合体影响tRNA上wobble uridine的修饰，包括ncm5U、mcm5U和mcm5s2U。植物中有研究报道Elp成员影响植物的激素合成、病原菌免疫反应和非生物抗逆等。该研究首先利用酵母KTI12p蛋白序列在717杂交杨（Populus tremula × P. alba）中找到两个同源基因PtKTI12A/B，利用RNAi技术进行杨树转基因并获得表达量显著下调的植株，通过液相色谱-质谱联用仪（LC-MS/MS）发现ncm5U、mcm5s2U等核苷修饰的丰度降低，验证了杨树KTI12A/12B基因在tRNA核苷修饰上的功能保守性。

进一步研究表明，PtKTI12A/B在高温和干旱等胁迫条件下被诱导表达，表达量下调的RNAi转基因杨树保水能力和抗旱性增高。基于以上结果，该研究提出，逆境在转录水平影响tRNA核苷修饰基因的表达，造成tRNA核苷修饰水平的改变，进而通过影响mRNA解码过程中密码子和反密码子配对的效率和专一性来调控植物抗逆相关蛋白质的翻译。本研究拓展了目前人们对于高等植物tRNA核苷修饰基因功能以及植物逆境胁迫响应机制的理解，同时也为林木抗旱品种选育提供新的策略。

华中农业大学植物科学技术学院博士研究生王海浪为论文第一作者，陈鹏副教授为论文通讯作者，园艺林学学院郑波教授参与了该研究工作。

论文链接：

https://academic.oup.com/treephys/article/40/12/1778/5875775

在茶叶细胞壁富集氟机制方面取得新进展

近日，华中农业大学园艺林学学院茶学系倪德江教授课题组在学术期刊Environmental Pollution上在线发表了题为“The relationship between fluoride accumulation in tea plant and changes in leaf cell wall structure and composition under different fluoride conditions”的研究论文，研究了茶树叶片细胞壁结构，尤其是细胞壁果胶甲酯化与其累积氟的关系，为茶树叶片累积氟的机理提供了新思路。

茶叶是世界三大无酒精饮料之一，广泛受到消费者的青睐。茶树具有一定的聚氟特性，并且主要聚集在成熟叶片中，长期以来，茶树这种对氟的聚集作用及其机理广泛受到关注。

该研究聚焦细胞壁，系统研究了在外源氟作用下，茶树叶片细胞壁结构和组成变化与及其富集氟的相关性。通过细胞壁金属元素、细胞壁单糖组成、细胞壁果胶甲酯酶活性及基因表达的变化，提出外源氟通过提高细胞壁果胶去甲基酯化作用，改变细胞壁结构，从而引起细胞壁中自由羧基数量的增加，为细胞壁金属离子提供更多的结合位点。

该研究推测，氟可能通过与果胶和金属离子共同形成某种复合物从而被螯合在细胞壁中，增加细胞壁对氟的富集作用，这为细胞壁富集氟机理提供了新的思路。

华中农业大学园艺林学学院博士研究生罗金蕾为论文第一作者，茶学系陈玉琼教授为论文通讯作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749120369724?dgcid=author

由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎点击文末“阅读原文”，浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题进一步了解。

文 | 唐珊 高畅 王海浪 罗金蕾

原标题：《华中农大近期科学研究进展》

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