동적 QTL 매핑을 통해 피마자(Ricinus communis L.)의 광합성 특성의 유전적 구조가 주로 밝혀졌습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14071(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

높은 광합성 효율은 피마자(Ricinus communis L.)의 높은 바이오매스와 높은 수확 지수의 기초입니다. 광합성 형질의 유전법칙을 이해하면 광합성 효율이 높은 육종을 촉진할 수 있습니다. 본 연구에서는 광합성 특성의 유전적 구조를 밝히기 위해 3단계에서 순 광합성 속도(Pn)에 상당한 차이가 있는 두 부모로부터 파생된 개체군 F2 및 BC1을 사용하여 동적 QTL 매핑을 수행했습니다. F2 집단에서는 3/3/1(I/II/III 단계의 QTL 번호, 아래와 동일), 1/2/0, 1/2/2, 1/3을 포함하여 26개의 단일 유전자좌 QTL이 확인되었습니다. Pn, 물 사용 효율(Wue), 증산 속도(Tr), 기공 전도도(Gs), 세포 간 CO2 농도(Ci) 및 엽록소 함량(Cc)을 부여하는 /1, 0/1/1 및 1/1/2 QTL , 표현형 변이 설명(PVE)은 8.40%/8.91%/6.17%, 5.36%/31.74%/0, 7.31%/12.80%/15.15%, 1.60%/6.44%/0.02%, 0/1.10%/ 각각 0.70% 및 2.77%/3.96%/6.50%. 그리고 2/2/5, 5/6/3, 4/4/2, 6/3/2, 3/2/0 및 4/0/0을 포함하여 53개의 상위성 QTL(31쌍)이 확인되었습니다. 6가지 특성 이상, PVE는 6.52%/6.47%/19.04%, 16.72%/15.67%/14.12%, 18.57%/15.58%/7.34%, 21.72%/8.52%/7.13%, 13.33%/4.94%/ 각각 0과 7.84%/0/0. BC1 집단의 QTL 매핑 결과는 감지된 QTL 수가 더 적다는 점을 제외하면 F2 집단의 결과와 일치했습니다. 확인된 대부분의 QTL은 미미한 효과였으며 소수만이 qWue1.1, qWue1.2, FqTr1.1, FqTr6, BqWue1과 같은 Wue 및 Tr의 2가지 특성에 초점을 맞춘 주 효과(PVE > 10%)였습니다. .1 및 BqTr3; 상위성 효과, 특히 우성 효과와 관련된 효과는 광합성 특성의 주요 유전적 구성 요소였으며 모든 상위성 QTL은 qPn1.2, FqGs1.2, FqCi1.2 및 qCc3.2를 제외하고 단일 유전자좌 효과가 없었습니다. 각 특성의 기본이 되는 감지된 QTL은 3단계에서 감지된 안정적인 QTL qGs1.1, 2단계에서 감지된 qWue2, qTr1.2 및 qCc3.2를 제외하고 여러 단계에서 다양했습니다. 6개의 공동 배치된 QTL이 확인되었으며, 각각은 2-5개의 서로 다른 특성을 부여하며 광합성 특성 사이의 유전자 다발성을 입증했습니다. 마커 간격 RCM1842-RCM1335 및 RCM523-RCM83 내에 위치한 2개의 QTL 클러스터에는 함께 배치된 QTL 및 주효과 QTL을 포함하여 여러 특성을 부여하는 15/5(F2/BC1) 및 4/4(F2/BC1) QTL이 포함되어 있습니다. . 위의 결과는 광합성 특성의 유전적 구조에 대한 새로운 통찰력과 피마자 식물의 높은 광합성 효율 육종에 대한 중요한 참고 자료를 제공했습니다.

피마자 식물은 종자유 함량이 46~55%1인 중요한 산업용 오일 작물입니다. 피마자유는 매우 독특한 물리적, 화학적 특성을 지닌 다량의 리시놀레산으로 인해 의약, 바이오디젤 및 특수 화학 분야에서 널리 사용됩니다2. 피마자유는 경제 성장으로 인해 생산량이 전 세계 수요 수준보다 훨씬 낮기 때문에 공급이 부족했습니다3. 피마자 재배는 피마자유의 유일한 상업적 공급원이지만 수확량이 적고 인건비가 높기 때문에 재배면적이 해마다 줄어들고 있다. 따라서 현 단계에서 피마자 산업의 성장을 촉진하기 위해서는 다수확 품종의 육성이 시급하다.

작물의 광합성을 강화하면 수확량과 바이오매스가 크게 증가할 수 있습니다4, 5. 그러나 주로 데이터 수집의 어려움과 측정 과정의 환경적 영향으로 인해 수확량 및 식물 유형과 같은 다른 특성보다 광합성 특성에 대한 연구가 적게 보고되었습니다6. 장비와 측정 방법의 개선으로 광합성 특성에 대한 연구가 촉진되었으며, 특히 모델 식물에서 광합성 특성을 제어하는 ​​수많은 유전자가 발견되었습니다. 예를 들어 물 사용 효율성을 매개하는 유전자(Wue)7,8,9,10 ,11, Arabidopsis의 증산율(Tr)12,13,14 및 기공 밀도15,16, 쌀의 광합성 능력과 Wue17,18,19,20을 조절하는 유전자. 또한, 광합성 특성의 기본이 되는 일부 QTL은 다른 작물에서 성공적으로 검출되었지만 기여율은 낮습니다(대부분 기여율이 10% 미만)21,22,23,24. 이러한 상황은 단일 유전자좌 효과를 부분적으로 가리는 상위성 효과와 많은 미미한 영향 유전자에 의한 광합성 특성의 공동 제어로 인해 발생할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 OsDREB1C를 추가로 삽입하면 광합성 능력이 향상되어 쌀의 수확량이 40% 이상 증가했습니다. 이는 작물 수확량을 높이기 위해 유전공학을 통해 광합성 특성을 제어하는 ​​주요 유전자의 발현을 조절하는 엄청난 잠재력을 강력하게 입증했습니다.