BnaCIPK9的同源基因介导异源四倍体油菜（Brassica napus L）种子油的剂量依赖性调控

《Theoretical and Applied Genetics》：BnaCIPK9 homoeologs mediate the dosage-dependent regulation of seed oil in allotetraploid Brassica napus L

CRISPR/Cas9分析揭示芸薹同源基因CIPK9调控油分积累，多倍体协同作用及A10染色体优势单倍型对高油分育种的指导意义。

　　

摘要

主要结论

CRISPR/Cas9突变和过表达实验表明，CIPK9同源基因在异源四倍体油菜（Brassica napus）的油脂调节中发挥作用，这些基因之间存在协同的多拷贝相互作用，并且A10染色体上存在一个优势单倍型。

摘要

油菜（Brassica napus）是一种全球重要的异源多倍体油料作物，满足了大量的年度植物油需求。该物种的进化适应主要依赖于基因复制和同源基因的保留，从而增强了其在动态环境压力下的适应性。本研究重点关注调控种子油含量的基因BnaCIPK9。系统基因组学和结构分析显示，BnaCIPK9的同源基因经历了复制过程，并在Brassica谱系中得到了持续的进化保留，表现出显著的序列和结构保守性。表达谱分析揭示了这些同源基因在组织间的功能分化：BnaA10.CIPK9和BnaC05.CIPK9主要在种子中表达。通过CRISPR/Cas9敲除B. napus中的相关基因以及在Arabidopsis中异源过表达实验，证实这些同源基因作为油脂积累的剂量依赖性调节因子，其作用机制取决于它们的不同表达模式。此外，在幼苗发育过程中，这些基因在非生物胁迫响应中表现出表达驱动的功能多样性。群体基因组学研究揭示了这些基因拷贝之间的不同进化轨迹，其中A10染色体上的强烈选择推动了适应性分化。关键的是，单倍型-性状关联分析确定< />CIPK9.A10.0是一个与高油含量相关的关键单倍型。这项研究阐明了同源基因的亚功能化如何精细调节多倍体作物中的关键农艺性状、油脂生物合成和抗逆性，强调了基于单倍型的辅助育种在作物品种改良中的重要性。以< />CIPK9.A10.0为例，这种有利单倍型为高油含量作物的育种改良提供了精确的目标。