【科研动态】华中科技大学生命学院栗茂腾团队及其合作者克隆了甘蓝型油菜中可显著提高含油量的稀有黄籽显...

甘蓝型油菜是我国最为重要的油料作物之一。研究表明，在遗传背景接近的情况下，黄籽油菜较黑籽油菜种子含油量更高，而木质纤维素含量更低，故在甘蓝型油菜育种中备受青睐。然而，目前在甘蓝型油菜中已克隆的绝大多数黄籽基因为隐性基因，这极大限制了甘蓝型油菜黄籽品种的培育。

  2025年1月4日，生命学院栗茂腾教授团队和及其合作者在国际权威期刊Science Advances发表了标题为A rare dominant allele DYSOC1 determines seed coat color and improves seed oil content in Brassica napus的研究论文。该研究在黄籽甘蓝型油菜品系N53-2中克隆了可明显提高种子含油量的显性黄籽新基因 (dominant gene of yellow seed coat color and improved seed oil content 1, DYSOC1)。据悉，这是我国学者在该期刊上发表的与甘蓝型油菜种子相关性状基因克隆和功能研究的第1篇论文。

该研究首先通过将N53-2与多个黑籽甘蓝型油菜杂交，确认了N53-2中包含显性黄籽基因，并对由N53-2和黑籽材料Ken-C8构建的KN DH群体进行eQTL分析，在ChrA09染色体末端鉴定到一个包含4935个trans-eQTL的热点区，该eQTL热点区同时与ChrA09染色体上的种子含油量、种皮颜色和种子木质纤维素含量主效QTL uqA9-9共定位。在包含2276个单株的BC₅F₂近等基因系中将该主效QTL位点精细定位至70 kb区间内，结合近等基因系间的转录组分析和候选区间内的基因序列差异分析，最终获得了候选基因BnaA09g44670D，并将其命名为DYSOC1。

图1：KN DH群体中eQTL定位

基因表达模式分析、种胚和种皮转录组联合分析显示，DYSOC1在种皮中特异性表达。为验证DYSOC1的基因功能，研究团队同时在黑籽甘蓝型油菜品系Ken-C8和J9709中回补了DYSOC1。结果显示，转基因纯系在种皮变黄和木质纤维素和皮壳率显著下降的同时，含油量分别提高了9.91%和10.05%。同样，将该位点转育到中双11中，在种皮变黄、木质纤维素和皮壳率显著下降的同时，含油量提高了4.04%。相反，在黄籽油菜N53-2中敲除DYSOC1则获得了与基因回补完全相反的结果。转基因后代的代谢组学和转录组分析显示，DYSOC1可显著抑制种皮中的苯丙烷途径和黄酮类化合物合成，继而导致种子原花青素含量、木质纤维素含量和皮壳率显著下降。田间实验结果表明，该基因对株型和其他产量性状影响很小。

图2 DYSOC1转基因系的表型。

基于以上结果，研究团队提出了两种利用DYSOC1进行种子高含油量甘蓝型油菜育种的策略，分别培育黄色种皮（萌发更快）和黑色种皮（抗逆性更强）的甘蓝型油菜F₁杂交种。同时，两种杂交种均可用于黄籽、种子高含油量和种子低木质纤维素含量油菜籽生产。本研究为甘蓝型油菜种子高含油量和黄籽育种提供了新的基因资源，同时也为多组学联合分析和QTL精细定位解析关键农艺性状和候选基因的克隆提供了参考。

图3 利用DYSOC1进行杂交育种的示意图。

华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生李怀鑫和吴明丽为该文第一作者，华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授和华中农业大学植物科学技术学院张椿雨教授为通讯作者。本研究得到国家重点研发计划（2023YFD1201401）和国家自然科学基金（32272067和32072098）的资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads7620