全基因组关联研究揭示了控制橡胶树（Hevea brasiliensis）木材力学性能、木质纤维素组成及生物质能源特性的遗传位点

《BMC Plant Biology》：Genome-wide association study reveals genetic loci controlling wood mechanical properties, lignocellulosic composition, and biomass energy traits in rubber tree (Hevea brasiliensis)

　　

摘要

来自巴西橡胶树（Hevea brasiliensis Müll. Arg.）人工林重新种植的橡胶木是东南亚木材、家具和生物质产业中日益重要的一种可再生资源。尽管其工业价值不断提升，但决定橡胶木质量的遗传机制仍很大程度上尚未明确，这限制了通过分子育种手段同时改善乳胶和木材特性的可能性。在本研究中，我们结合了表型评估、数量遗传分析以及全基因组关联研究（GWAS），以解析橡胶树木材物理特性、机械性能、化学成分及能源相关特性的遗传基础。研究使用了包括商业品种和 controls 杂交后代在内的 100 个橡胶树基因型，采用了 10×10 的三重网格设计，共采样了 300 棵树。测量并分析了木材密度、含水量、抗压强度、弹性模量、压缩强度、木质纤维素组成、近似性状及元素组成等指标，并结合了 24,242 个高质量的 DArTSeq SNP 标记。大多数性状（尤其是机械性能和细胞壁成分）都表现出显著的表型变异，广义遗传力范围为 0 至 0.51。半纤维素、氢含量以及沿纹理方向的压缩强度等性状的遗传力介乎中等水平，这些性状成为遗传改良和关联图谱构建的潜在目标。相关性分析揭示了木材密度、强度相关性状与木质纤维素组成之间的生物学意义上的关联；群体结构分析则识别出两个主要的遗传亚群体。通过五种互补模型（GLM、MLM、CMLM、FarmCPU 和 BLINK）进行的 GWAS 发现了 11 条染色体上的 33 个 SNP-性状关联，其中 11 个关联达到了 Bonferroni 校正后的显著性阈值，另有 22 个关联具有潜在意义。一些位点与参与次生细胞壁生物合成、转录调控及细胞代谢的基因共定位。这些发现为 Hevea brasiliensis 橡胶木的质量提供了首个综合性的基因组框架，并为培育兼具较高乳胶产量和木材价值的多功能橡胶品种奠定了分子育种的基础。