2024年4月15日，南京農業大學園藝學院白菜系統生物學實驗室在Theoretical and Applied Genetics（IF=5.4）在線發表了題為「QTL mapping and candidate gene analysis reveal two major loci regulating green leaf color in non-heading Chinese cabbage」的研究論文，發現調控不結球白菜綠葉性狀的2個主效QTL位點及候選基因，並開發出兩對分子標記可以有效鑑定不結球白菜的葉色，可用於輔助選育不結球白菜不同葉色品種。
鸿运国际(中国)為該項目提供全基因組重測序和RNA-seq的建庫測序服務
英文題目：QTL mapping and candidate gene analysis reveal two major loci regulating green leaf color in non-heading Chinese cabbage
中文題目：QTL定位和候選基因分析揭示大白菜中調控綠葉顏色的兩個主要基因座
發表期刊：Theoretical and Applied Genetics（IF=5.4）
植物葉子的顏色有雙重用途，美觀實用，通常還標誌着關鍵的生長階段。不結球白菜是一種多葉蔬菜，葉片顏色從黃色到深綠色均有。這種多樣的葉色不僅關係到白菜質量和適銷性，還能反映其光合能力和產量。闡明葉片顏色的遺傳機制對不結球白菜研究具有重要意義，為育種研究提供有價值的信息。
01 綠葉色性狀的遺傳規律分析
選用葉片呈現深綠色的『烏塌菜』和黃綠色的『二青』不結球白菜作為研究對象，其F1雜交種表現出中間色。通過色素測定來量化葉片顏色，『烏塌菜』的總葉綠素和總類胡蘿蔔素的平均含量比『二青』的平均含量高出約2-3倍，而F1植株處於中等水平，表明『烏塌菜』的綠葉顏色調節具有共顯性或多等位基因的性質。並且這兩份材料和F1植株的總類胡蘿蔔素與總葉綠素的比例始終穩定在20%左右，表明『二青』葉片的綠色較淺是由於總色素的整體減少，而不是由於個別色素組分的變化引起。接着，對F2和重組自交系RIL群體進行綠葉色性狀統計與分析，發現基因型效應是影響色素含量的主要因素，並且綠色到深綠色的色調範圍可能受多個基因座的調控。
圖1 葉片顏色在親本系和RIL群體中的表現
02 綠葉色性狀的QTL定位
利用兩個親本『烏塌菜』和『二青』構建F2和重組自交系RIL群體，並在多個地點測定葉綠素（葉綠素a和葉綠素b）和類胡蘿蔔素（葉黃素、胡蘿蔔素）含量，然後進行遺傳定位分析。對重組自交系群體進行全基因組重測序構建高密度的遺傳連鎖圖譜，QTL定位分析鑑定到7個QTL位點，其中GlcA07.1和GlcA09.1為兩個主效位點，其對表型的貢獻率分別在4.45-21.91%和9.30-18.32%之間。
圖2 全基因組QTL定位
03 候選基因的克隆
為確定GlcA07.1和GlcA09.1這兩個主要QTL的候選基因，在候選區域使用了額外的多態性標記對F2群體進行基因分型，以獲得新的重組基因。結合重組單株的表型，進一步將兩個主效位點（GlcA07.1和GlcA09.1）精細定位到170.25 kb和191.41 kb的基因組區域。
圖3 GlcA07.1和GlcA09.1的精確定位
04 候選基因的注釋與分析
進一步結合候選基因注釋、轉錄組分析和qRT-PCR，分別在兩個區間獲得了四個可信度高的候選基因，GlcA07.1的候選基因是BraC07g023810和BraC07g023970，GlcA09.1的候選基因是BraC09g052220和BraC09g052270。並發現GlcA07.1的候選基因可能在色素積累中發揮積極作用，而GlcA09.1的候選基因可能是負調控基因。
圖4 候選基因表達分析
05 分子標記在標記輔助選擇中的發展
為了評估BraC07g023810和BraC09g052220在不同群體葉片顏色育種中的潛在適用性，作者設計了兩個多態InDel標記（GlcA07.1-BcGUN4和GlcA09.1-BcSG1），且對73份不結球白菜種質材料的葉綠素含量和類胡蘿蔔素含量進行鑑定。結果顯示這兩對分子標記可以有效鑑定不結球白菜的葉色，可用於輔助選育不結球白菜不同葉色品種。
圖5 分子標記 （GlcA07.1-BcGUN4和 GlcA09.1-BcSG1）對色素含量的影響
本研究選擇葉片呈現深綠色的『烏塌菜』和黃綠色的『二青』2個不結球白菜（NHCC）品種，構建了包含618個個體的F2群體和包含127個品系的RIL群體，進行遺傳分析和QTL定位。鑑定出位於A07和A09染色體上的兩個主要效應QTL，並進一步對其基因組區域進行了定位，被精細定位到170.25 kb和191.41 kb的基因組區域。對與所鑑定QTL緊密相連的分子標記（GlcA07.1和GlcA09.1）在NHCC種質自然群體中的效率進行評價，這兩個標記能有效識別天然NHCC材料的葉片顏色，提示它們在NHCC育種中具有標記輔助葉片顏色選擇的潛力。
參考文獻
Bai, A., Zhao, T., Li, Y.et al. QTL mapping and candidate gene analysis reveal two major loci regulating green leaf color in non-heading Chinese cabbage. Theor Appl Genet 137, 105 (2024). http://doi.org/10.1007/s00122-024-04608-x
