在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，種子大小是重要的農(nóng)藝性狀之一，也是關(guān)鍵的產(chǎn)量構(gòu)成因素。隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的植物物種或品種的基因組信息為人們所知。因此，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association study, GWAS）的方法追溯重要表型背后潛在的調(diào)控基因是區(qū)別于傳統(tǒng)遺傳學(xué)篩選的有效新途徑。模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）具有分布廣泛、表型變異多樣、未經(jīng)人工馴化的特點(diǎn)，是挖掘自然遺傳變異對表型影響的理想材料。雖然研究者們經(jīng)過多年的努力已經(jīng)尋找到了一系列控制擬南芥種子大小的重要基因，但其中大部分在調(diào)控種子大小的同時(shí)還會(huì)對植物的正常生長發(fā)育以及育性產(chǎn)生不利影響。

      鄧興旺/何光明研究團(tuán)隊(duì)利用來自全球各地的不同擬南芥生態(tài)型，進(jìn)行種子大小調(diào)控新因子的挖掘。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定出38個(gè)與種子大小顯著相關(guān)的SNP（Single Nucleotide Polymorphism）位點(diǎn)。其中位于2號(hào)染色體的一個(gè)SNP位點(diǎn)附近存在一個(gè)編碼細(xì)胞周期蛋白的基因CYCB1;4（At2g26760）。該基因特異地表達(dá)在受精前胚珠中，并在胚珠受精后逐漸轉(zhuǎn)移到發(fā)育的胚中。該基因在胚珠中的表達(dá)水平與“大種子”群體生態(tài)型種子的大小呈顯著正相關(guān)。過量表達(dá)該基因會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期加快、種子變大、產(chǎn)量提高的表型。敲除該基因會(huì)使使種子變小，但對于苗期生長沒有任何影響。CYCB1;4的缺失對于“大種子”群體生態(tài)型的影響尤為明顯。由于CYCB1;4是在擬南芥自然群體中發(fā)現(xiàn)的，因此在馴化過的作物群體中可能并不易被找到。該研究從而為作物育種提供了新的參考靶點(diǎn)。

cycb1;4突變體導(dǎo)致種子變小

      該項(xiàng)研究成果于2018年12月16日以“A new regulator of seed size control in Arabidopsis identified by a genome-wide association study”為題提前在線發(fā)表于New Phytologist期刊上。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生任荻秋和博士后王訓(xùn)成為該論文的共同第一作者，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧興旺教授和何光明副研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心以及蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。

原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15642