PNAS | 柳枝稷QTL位点与环境互作的纬度梯度适应性差异方面取得新进展学术资讯

来源：植物科学最前沿

局部适应 (Local adaptation) 是指在复杂环境梯度中因为自然选择而导致适应性表型差异化的过程。局部适应是生物遗传多样性的主要成因。经典理论认为局部适应由单个遗传位点的适应性权衡 (Fitness trade-offs) 导致。然而多数实验局限在两位点的交互移植实验 (Reciprocal transplant experiments) ，因此很难对局部适应进行全面的量化分析。

近日，PNAS在线发表了美国德州大学奥斯汀分校Thomas Juenger教授和密歇根州立大学David Lowry教授等12家研究团队的共同研究报告QTL x environment interactions underlie adaptive divergence in switchgrass across a large latitudinal gradient。作者利用AP13 x DAC 和 WBC x VS16 双亲本构建的柳枝稷 (Switchgrass) 四交群体 (four-way population) 为遗传材料，在美国境内选取从南到北的10个环境梯度，通过全基因组QTL分析，初步揭示了与柳枝稷生物量及其相关性状的遗传基础，并通过QTL与环境之间的相互作用分析了群体的适应性差异。

柳枝稷作为一种多年生草本植物，是美国农业部和能源部筛选的主要生物能源模式作物。该研究通过两组不同生态型亲本 (lowland cultivar x upland cultivar) 之间的杂交，构建了一个以四亲本为基础的异交群体 (其中AP13和WBC为lowland生态型，DAC和VS16为upland生态型) 。该群体通过营养繁殖种植于跨美国纬度17°的10 个环境点 (下图左) ，并连续两年收集包括植株生长开始日期，开花日期，植株高度，分蘖数量和生物量等田间表型数据。作者首先对五个生物量及相关性状进行QTL分析，成功检测到15个生物量相关的QTL，14个植株开始生长相关的QTL，19个开花相关的QTL，16个植株高度相关的QTL以及14个分蘖数量相关的QTL (下图右) 。

适应性差异分析表明，以上90 % 的QTL均表现出显著的QTL与环境交互作用 (下图A-F) 。在不同的环境中，这些QTL的加性效应并不相同，具体表现为效应大小和作用方向的不同。

最后，作者利用10个环境点的气候多样性信息，通过建模分析鉴定了与QTL加性效应相关连的环境因子，并预测了最优化基因型在这10个环境点下的生物量 (下图) 。该研究为局部适应性理论和柳枝稷遗传育种提供了重要信息和依据。

论文链接:

https://doi.org/10.1073/pnas.1821543116

来源：frontiersin 植物科学最前沿

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