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责编 | 王一
甘蔗 （Saccharum spp. hybrids） 是一种光合能力非常高的C4植物，也是全球最具开发潜力的重要工业作物之一。目前，世界甘蔗的平均单产仅73 t/ha，还远未达到380 t/ha的理论产量，发展潜力巨大。叶绿素是植物光合作用最重要的色素，与作物产量和品质的形成密切相关。叶片保持较高水平的叶绿素含量是增强植物光合作用的重要因素，而不同品种叶片中叶绿素生物合成途径相关基因表达存在差异。因此，筛选并研究控制作物叶绿素含量性状的连锁标记与表达基因，对理解光合作用机理以及作物品种改良具有助益。
近日，福建农林大学许莉萍和阙友雄团队在国际学术期刊Frontiers in Plant Science发表了题为Utilization of a sugarcane100K SNP microarray-derived high-density genetic map in QTL mapping and function role prediction of genes related to chlorophyll content in sugarcane的研究论文，鉴定了甘蔗叶绿素含量性状的连锁标记与基因。研究结果为解析甘蔗叶绿素合成的遗传机制及进一步通过调控甘蔗光合作用提高产量提供了有益参考。
该研究利用在光合性状上存在明显差异的YT93-159和ROC22为亲本杂交产生的285个F 1 子代为试材，首次利用基因芯片技术对甘蔗叶绿素含量及光合、产量相关性状进行研究。作者发现，甘蔗F 1 群体在叶绿素含量等5个性状上表现明显的正态分布特征 （图1） ，且伸长期+1叶片SPAD值与伸长期的Fv/Fm以及成熟期的株高、茎径和锤度呈显著正相关 （P<0.01） 。
图1 甘蔗F1群体+1叶SPAD值、株高、茎径、锤度和Fv/Fm的频率分布
进一步，结合甘蔗100K SNP芯片构建的高密度图谱进行QTL定位，在三个环境下共检测到31个与叶绿素含量性状相关的QTLs （图2） 。此外，发现一个控制叶绿素含量性状QTL qCC-Y41与控制株高性状QTL qH-Y41之间完全重叠，而一个叶绿素含量性状QTL 2019-qCC-Y71-2 （2020-qCC-Y71） 与控制茎径性状相关QTL qSD-Y71之间存在紧密连锁。
图2 甘蔗F1群体叶绿素含量及相关性状QTL在连锁群上的位置（部分）
通过与甘蔗热带种基因组 （http://sugarcane.zhangjisenlab.cn/sgd/html/index.html） 比对筛选分析，共鉴定到20个与叶绿素代谢途径相关的候选基因，其中有 4个基因直接参与叶绿素生物合成过程 （图3） 。以上结果有望促进对甘蔗光合作用机理的理解，并为基于光合性状的改良提高甘蔗产量具有较为重要的理论和实践意义。
图3 甘蔗叶绿素生物合成途径4个候选基因的位置与基因结构
福建农林大学农学院/西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所在职博士研究生路贵龙为该论文的第一作者；福建农林大学农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室、国家甘蔗工程技术研究中心/农学院许莉萍研究员和阙友雄研究员为该论文的共同通讯作者。福建农林大学农学院在读博士研究生汪洲涛、许孚、成伟及在读硕士研究生任慧和庞超参与了该研究。该研究得到国家糖料产业技术体系建设项目和国家自然科学基金的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.3389/fpls.2021.817875
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