油菜（Brassica napus L.）是我國*大油料作物，占我國產(chǎn)油量約50%左右，同時也是保障國家糧油安全*有潛力的油料作物。菜籽油是國產(chǎn)食用植物油的*大來源，在國家食用油供給安全戰(zhàn)略中具有十分重要的地位，提高種子含油量是油菜育種的*主要目標。種子含油量屬于復雜數(shù)量性狀，受諸多基因調(diào)控，同時也受到環(huán)境的影響；在遺傳學水平，含油量由胚胎基因型、母體基因型和細胞質(zhì)效應共同決定。細胞質(zhì)效應在水稻、小麥、玉米、高粱等單子葉植物和油菜、棉花、大豆、向日葵等雙子葉植物中廣泛存在，對作物育性、產(chǎn)量和品質(zhì)等關鍵農(nóng)藝性狀具有重要影響。以往的研究主要集中在細胞質(zhì)效應對育性的調(diào)控與應用，然而細胞質(zhì)效應控制作物產(chǎn)量和品質(zhì)等數(shù)量性狀的基因至今尚未克隆。

　　2019年1月28日，國際知名學術期刊 Molecular Plant 在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所王漢中院士團隊題為 A novel chimeric mitochondrial gene confers cytoplasmic effects on seed oil content in polyploid rapeseed（Brassica napus L.） 的研究論文。該研究在國際上*成功克隆了農(nóng)作物種子性狀的*個細胞質(zhì)調(diào)控基因（orf188），并揭示了其調(diào)控油菜種子高含油量的分子機制。

　　該團隊在油菜含油量遺傳研究的基礎上，篩選到油菜品種51218和56366對含油量分別具有極顯著的細胞質(zhì)正效應和細胞質(zhì)負效應。通過對其細胞質(zhì)基因組（葉綠體基因組和線粒體基因組）測序、組裝，發(fā)現(xiàn)這兩個品種的細胞質(zhì)分別屬于nap（nap-like）和pol（pol-like）線粒體亞型。運用比較基因組學和全轉(zhuǎn)錄組分析，篩選獲得了5個胞質(zhì)特異的線粒體基因，通過分子生物學功能驗證，發(fā)現(xiàn)51218油菜特異基因orf188控制nap（nap-like）型細胞質(zhì)含油量的正效應，無論是在擬南芥還是油菜中，過表達該基因均可大幅提升含油量。結合生理生化、基因芯片、RNA-Seq、蛋白質(zhì)互作等實驗，揭示orf188通過調(diào)控線粒體能量代謝途徑來促進植物體內(nèi)ATP的產(chǎn)生，進而增加種子油脂合成和積累所需的能量供應，從而提高種子含油量的作用機制。進化生物學和細胞生物學證據(jù)結合生物信息學分析表明orf188為nap（nap-like）型油菜品種所特有基因，且是一個新近進化形成的嵌合基因，其編碼一個定位在線粒體的膜蛋白，與ATPase復合體亞基具有極高的相似度。該項研究不僅具有重大的理論意義，而且為油菜高含油量育種應用指明了新的方向。

　　含油量是油菜產(chǎn)油量*重要的構成因子之一，隨著現(xiàn)代育種對含油量潛力的不斷挖掘，提高品種的含油量越來越困難。orf188的發(fā)現(xiàn)為油菜高含油量育種提供了新途徑，為育種過程中雜交母本的選擇提供了理論支撐，對于農(nóng)作物不同類型細胞質(zhì)的應用具有重要的指導意義。該團隊十余年來一直圍繞油菜種子性狀的母體調(diào)控進行系統(tǒng)研究，其原創(chuàng)性研究成果分別在PNAS，Plant Journal，Plant Biotechnology Journal等國際權威期刊發(fā)表。此次對細胞質(zhì)基因調(diào)控種子含油量機理的揭示，是該團隊繼發(fā)現(xiàn)角果皮發(fā)育調(diào)控種子粒重和含油量之后所發(fā)現(xiàn)的又一條母體調(diào)控新途徑，進一步豐富和完善了種子性狀的母體調(diào)控理論，也為其它農(nóng)作物性狀細胞質(zhì)效應的解析提供了借鑒。

　　中國農(nóng)業(yè)科學院“青年英才計劃”海外引進人才、油料作物研究所劉軍博士和郝萬軍博士為該論文的并列*作者，中國農(nóng)科院副院長、油料所王漢中院士和國家“萬人計劃”領軍人才華瑋研究員為該論文的共同通訊作者。該項研究得到國家重點基礎研究項目（2015CB150200）、國家自然科學基金（31871664）和中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-OCRI）等基金的資助。

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