南湖新闻网讯（通讯员 韩勖 曾令举）近日，华中农业大学郭亮课题组、章元明课题组和郭婷婷课题组合作分别在Plant Cell和Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Genetic and transcriptome analyses of the effect of genotype-by environment interactions on Brassica napus seed oil content”和“Leveraging phenotypic plasticity in seed oil content for climate-adapted breeding and production”的研究论文。这两项研究系统揭示了油菜种子含油量（SOC）的表型可塑性机制，解析了SOC基因与环境互作的机制，并提出了一种基于基因与环境互作的精准育种策略。

在Plant Cell论文中，研究团队利用505份油菜种质资源在8个环境的田间试验含油量数据，使用章元明课题组研制的3VmrMLM方法单环境模块和多环境模块进行全基因组关联分析，鉴定到11个环境特异QTN（quantitative trait nucleotide）和10个稳定的QTN，以及11个SOC相关的QEI（QTN-by-environment interaction）（图1）。结合多组学数据，利用郭亮课题组研发的候选基因鉴定POCKET方法在上述QTN和QEI中预测出了17个SOC相关的候选基因和11个环境互作的候选基因。

图1 3VmrMLM鉴定的油菜SOC的环境特异QTNs、稳定QTNs和QEIs

该研究挖掘并验证了一个环境互作候选基因（LIGHT-DEPENDENT SHORT HYPOCOTYLS5，LSH5）的功能，提出该基因响应光合有效辐射调控含油量的分子机制模型（图2）。在基因型层面，创制了BnaA02.lsh5和BnaC02.lsh5的双突变体，与野生型相比，其SOC、下胚轴长度、光合作用以及碳和能量相关代谢物均显著降低。此外，研究发现BnaA02.LSH5直接抑制了BnaA02.pMDH2的转录水平，从而抑制脂肪酸β氧化和光合电子传递途径。在发育层面，BnaA02.LSH5在种子发育早期过程高表达。单倍型hap.A多存在于半冬性油菜品种中，hap.B多存在于春油菜品种中，二者在发育进程中受到了不同的转录调控。在环境层面，LSH5突变体材料的含油量可塑性下降，BnaA02.LSH5表达量在低光照下高表达，在不同种植地点有显著差异，且表达量趋势与光照相关的气候指数相反。在低光照环境下（长江上游产区）hap.A材料的含油量显著高于 hap.B，而在高光照的环境下（长江中游产区）hap.A材料的含油量与hap.B的材料无差异。因此，在低光照油菜产区的品种中选育hapA单倍型可提高含油量的可塑性，这项研究为创造适应特定环境的高油种质提供了理论基础。

图2 油菜SOC相关的环境互作基因LSH5响应光合有效辐射调控含油量的分子机制模型

博士后韩勖和在读博士研究生吴晓玮是本论文的共同第一作者，华中农业大学郭亮教授、章元明教授和郭婷婷教授为论文的共同通讯作者，四川省农业科学院李浩杰研究员和安徽省农业科学院雷伟侠助理研究员参与了本研究，该研究得到了国家自然科学基金的支持。

原文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koaf062/8095367

在Plant, Cell & Environment论文中，研究团队通过对505份油菜种质资源长达4年的多环境试验分析，明确了影响种子含油量可塑性的三大环境驱动因子：花期至角果期的昼夜温差（DTR，diurnal temperature range）、降水（PR, precipitation）及紫外线B段辐射（UVB, ultraviolet B）（图3）。结合全基因组关联分析，团队鉴定出调控SOC表型可塑的五个核心基因——MYB106、HAD、MIPS3、DGD1和PSD1（图3c-e），这些基因分别参与油脂代谢、膜脂转运等关键生物学过程。

图3 油菜种子含油量可塑性的环境和遗传因子挖掘

研究进一步利用未来气候数据（至2080年），筛选出适应不同降水模式的最优单倍型组合。例如，在降水相对较少地区（如成都），多基因（MYB106、HAD、MIPS3、DGD1和PSD1）组合的单倍型5（AAGTA）表现最佳；而在高降水区域（如长沙），单倍型10（CGAAA）可显著提升SOC。这一发现为环境适应性的分子标记辅助育种提供了理论指导。

在读博士研究生曾令举和博士后韩勖是本文共同第一作者，华中农业大学郭婷婷教授和郭亮教授为论文的共同通讯作者。华中农业大学严建兵教授、爱荷华州立大学余建明教授和美国农业部李显然教授对研究进行了指导。该研究得到了国家自然科学基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15408