Генетическая схема фотосинтеза у цитрусовых: исследование выявило ключевые признаки и гены для повышения урожайности
Исследовательская группа изучила 71 образец и сорт цитрусовых, используя более 56 000 однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) и 37 параметров отражения листьев для анализа признаков, связанных с фотосинтезом. Было выявлено четыре различных кластера взаимосвязанных признаков, а также 125 геномных локусов и 189 генов, ассоциированных с этими признаками. Исследование даёт ценную информацию о генетических и физиологических механизмах фотосинтеза, что потенциально может привести к улучшению селекции и управления садами для повышения урожайности и здоровья деревьев.
Фотосинтетическое усвоение углерода критически важно для жизнедеятельности растений как в природных, так и в агросистемах. Выявление генов, опосредующих фотосинтез, необходимо для понимания регуляции углерода в листьях и его распределения в цветы и плоды, что влияет на общую физиологию растения и производство фруктов.
Современные исследования подчёркивают важность содержания хлорофилла и флуоресценции для измерения эффективности фотосинтеза. Однако понимание взаимосвязанных генетических влияний и физиологии растений в фотосинтезе остаётся сложной задачей.
Исследование, опубликованное в журнале Fruit Research 23 мая 2024 года, направлено на связывание признаков фотосинтеза с генетическими данными у цитрусовых для выявления связанных локусов и генов, тем самым повышая урожайность и эффективность культур.
В ходе исследования попарный корреляционный анализ 37 признаков, связанных с фотосинтезом, выявил четыре отдельных кластера взаимосвязанных признаков:
- Кластер 1 включает такие признаки, как фотохимическая эффективность (FvP/FmP), толщина листа, поглощение на различных длинах волн и показания SPAD.
- Кластер 2 включает значения электрохромного сдвига и квантовый выход Фотосистемы II (Phi2).
- Кластер 3 охватывает признаки, связанные с красным, синим и зелёным светом, улавливаемым PAR-сенсором, и нефотосинтетическим тушением (NPQt).
- Кластер 4 содержит показания SPAD на более коротких длинах волн и минимальную флуоресценцию.
Анализ показал корреляции, такие как отрицательная корреляция между SPAD 850 и Phi2, qL и qP, а также значительная положительная корреляция между NPQt и PhiNPQ. Анализ главных компонент (PCA) геномных данных и данных по признакам фотосинтеза от 71 образца цитрусовых позволил различить четыре группы с некоторым перекрытием.
Полногеномный поиск ассоциаций выявил 125 геномных локусов, ассоциированных с 11 признаками, связанными с фотосинтезом, и показал положительные или отрицательные корреляции между кластерами признаков. Биологическая аннотация значимых SNPs идентифицировала 189 генов, некоторые из которых связаны с процессами вроде гликолиза и функциями митохондрий.
По словам ведущего исследователя Чжэньюй Цзя: «Эта сложная ткань геномной информации и корреляций признаков требует дальнейших исследований для расшифровки сложной головоломки регуляции и функциональности фотосинтеза, раскрывая замысловатое взаимодействие генетики в формировании этих важнейших признаков».
В итоге, это исследование проанализировало признаки, связанные с фотосинтезом, у 71 образца и сорта цитрусовых, используя более 56 000 SNPs и 37 параметров отражения листьев. Результаты углубляют понимание генетических и физиологических факторов фотосинтеза, способствуя развитию более устойчивых и продуктивных сортов плодовых деревьев с помощью целевых стратегий селекции и улучшенного управления садами.