2024年4月15日，南京农业大学园艺学院白菜系统生物学实验室在Theoretical and Applied Genetics（IF=5.4）在线发表了题为“QTL mapping and candidate gene analysis reveal two major loci regulating green leaf color in non-heading Chinese cabbage”的研究论文，发现调控不结球白菜绿叶性状的2个主效QTL位点及候选基因，并开发出两对分子标记可以有效鉴定不结球白菜的叶色，可用于辅助选育不结球白菜不同叶色品种。
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英文题目：QTL mapping and candidate gene analysis reveal two major loci regulating green leaf color in non-heading Chinese cabbage
中文题目：QTL定位和候选基因分析揭示大白菜中调控绿叶颜色的两个主要基因座
发表期刊：Theoretical and Applied Genetics（IF=5.4）
植物叶子的颜色有双重用途，美观实用，通常还标志着关键的生长阶段。不结球白菜是一种多叶蔬菜，叶片颜色从黄色到深绿色均有。这种多样的叶色不仅关系到白菜质量和适销性，还能反映其光合能力和产量。阐明叶片颜色的遗传机制对不结球白菜研究具有重要意义，为育种研究提供有价值的信息。
01 绿叶色性状的遗传规律分析
选用叶片呈现深绿色的‘乌塌菜’和黄绿色的‘二青’不结球白菜作为研究对象，其F1杂交种表现出中间色。通过色素测定来量化叶片颜色，‘乌塌菜’的总叶绿素和总类胡萝卜素的平均含量比‘二青’的平均含量高出约2-3倍，而F1植株处于中等水平，表明‘乌塌菜’的绿叶颜色调节具有共显性或多等位基因的性质。并且这两份材料和F1植株的总类胡萝卜素与总叶绿素的比例始终稳定在20%左右，表明‘二青’叶片的绿色较浅是由于总色素的整体减少，而不是由于个别色素组分的变化引起。接着，对F2和重组自交系RIL群体进行绿叶色性状统计与分析，发现基因型效应是影响色素含量的主要因素，并且绿色到深绿色的色调范围可能受多个基因座的调控。
图1 叶片颜色在亲本系和RIL群体中的表现
02 绿叶色性状的QTL定位
利用两个亲本‘乌塌菜’和‘二青’构建F2和重组自交系RIL群体，并在多个地点测定叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）和类胡萝卜素（叶黄素、胡萝卜素）含量，然后进行遗传定位分析。对重组自交系群体进行全基因组重测序构建高密度的遗传连锁图谱，QTL定位分析鉴定到7个QTL位点，其中GlcA07.1和GlcA09.1为两个主效位点，其对表型的贡献率分别在4.45-21.91%和9.30-18.32%之间。
图2 全基因组QTL定位
03 候选基因的克隆
为确定GlcA07.1和GlcA09.1这两个主要QTL的候选基因，在候选区域使用了额外的多态性标记对F2群体进行基因分型，以获得新的重组基因。结合重组单株的表型，进一步将两个主效位点（GlcA07.1和GlcA09.1）精细定位到170.25 kb和191.41 kb的基因组区域。
图3 GlcA07.1和GlcA09.1的精确定位
04 候选基因的注释与分析
进一步结合候选基因注释、转录组分析和qRT-PCR，分别在两个区间获得了四个可信度高的候选基因，GlcA07.1的候选基因是BraC07g023810和BraC07g023970，GlcA09.1的候选基因是BraC09g052220和BraC09g052270。并发现GlcA07.1的候选基因可能在色素积累中发挥积极作用，而GlcA09.1的候选基因可能是负调控基因。
图4 候选基因表达分析
05 分子标记在标记辅助选择中的发展
为了评估BraC07g023810和BraC09g052220在不同群体叶片颜色育种中的潜在适用性，作者设计了两个多态InDel标记（GlcA07.1-BcGUN4和GlcA09.1-BcSG1），且对73份不结球白菜种质材料的叶绿素含量和类胡萝卜素含量进行鉴定。结果显示这两对分子标记可以有效鉴定不结球白菜的叶色，可用于辅助选育不结球白菜不同叶色品种。
图5 分子标记 （GlcA07.1-BcGUN4和 GlcA09.1-BcSG1）对色素含量的影响
本研究选择叶片呈现深绿色的‘乌塌菜’和黄绿色的‘二青’2个不结球白菜（NHCC）品种，构建了包含618个个体的F2群体和包含127个品系的RIL群体，进行遗传分析和QTL定位。鉴定出位于A07和A09染色体上的两个主要效应QTL，并进一步对其基因组区域进行了定位，被精细定位到170.25 kb和191.41 kb的基因组区域。对与所鉴定QTL紧密相连的分子标记（GlcA07.1和GlcA09.1）在NHCC种质自然群体中的效率进行评价，这两个标记能有效识别天然NHCC材料的叶片颜色，提示它们在NHCC育种中具有标记辅助叶片颜色选择的潜力。
参考文献
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). https://doi.org/10.1007/s00122-024-04608-x