华中农业大学洪登峰教授团队发现调控油菜角果长度的新基因学术资讯

2021年9月6日，Journal of Experimental Botany在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室洪登峰教授团队题为“BnaC7.ROT3, the causal gene of cqSL-C7, mediates silique length by affecting cell elongation in Brassica napus”的研究论文。该研究发现油菜BnaC7.ROT3通过促进角果皮细胞伸长来调控角果长度，其第五个外显子中的单核苷酸缺失是亲本之间发生表型变异的原因。

油菜（Brassica napus）是全球第二大植物油种植作物。为满足对菜籽油日益增长的需求，提高油菜产量一直备受育种工作者的关注。油菜产量是由多个基因控制的复杂数量性状，作为重要的光合器官之一，角果可以保护种子免受生物和非生物胁迫，并持续为种子发育提供营养，较长的角果可以为种子提供更多的环境空间和营养，从而产生更大的种子，因此被认为是提高产量的有利性状。角果长度（SL）是由具有高遗传力的多基因控制的典型数量性状，然而目前仅有两个与SL相关的主要QTLs（BnaA.ARF18.a和BnaA9.CYP78A9）被克隆和鉴定。

该团队前期研究鉴定出一个新型且稳定的SL相关QTL，cqSL-C7。本研究对cqSL-C7位点进一步验证，并通过图位克隆分离出其致变基因BnaC7.ROT3，其与拟南芥ROTUNDIFOLIA3基因同源，编码一种参与油菜素类固醇生物合成的细胞色素P-450蛋白。与野生型Col-0相比，拟南芥rot3-1突变体表现出明显较短的叶柄和角果，过表达中双11号（ZS11，长角果亲本系）油菜品种的BnaC7.ROT3基因可使突变体恢复为长叶柄和长角果表型，但过表达短角果亲本系G120中的BnaC7.ROT3基因则对突变体表型无影响。此外，BnaC7.ROT3ZS11的过表达可使G120植株角果明显增长（图1）。

图1. BnaC7.ROT3在拟南芥和油菜中的回补试验

BnaC7.ROT3主要在叶片、子叶和角果中表达，编码蛋白定位于细胞膜。细胞学观察比较分析发现，BnaC7.ROT3ZS11转基因植株的角果皮细胞明显较长，表明BnaC7.ROT3可能通过促进角果皮细胞伸长来影响SL（图2）。通过对505个油菜种质中的BnaC7.ROT3进行单倍型分析发现，G120 BnaC7.ROT3基因第五外显子出现单核苷酸缺失。进一步单倍型分析表明，BnaC7.ROT3的多数等位基因是油菜种质中的有利等位基因，其同源物也可能参与SL调控。图2. 油菜转基因阳性和阴性植株角果皮的细胞长度