解析油菜滞绿基因BnNYE1启动子光响应顺式元件的变异及其对叶绿素含量和含油量的影响

Chlorophyll is vital for photosynthesis, which allows plants to absorb energy from light. In the previous research, we found that NON-YELLOWING 1 (BnNYE1; BnaA01g22870D) significantly associates with chlorophyll content and oil content in rapeseed by whole-genome association analysis. There are two light-signal cis-regulatory elements in the promoter region of this gene, without natural variation in rapeseed. In this project we will use CRISPR/Cas9 to edit these two light-signal cis-regulatory elements and create more genetic variations, and research the molecular mechanism of controlling the chlorophyll content, photosynthesis and oil content. It is helpful for rapeseed molecular breeding to improve oil content.

叶绿素是光合作用的重要物质基础。我们前期通过全基因组关联分析，在甘蓝型油菜中检测到滞绿基因BnNYE1（NON-YELLOWING 1; BnaA01g22870D)与叶绿素含量显著相关，并影响油菜含油量积累。该基因启动子区域含有两个光响应顺式调控元件，但在自然群体中缺乏变异。本项目将通过CRISPR/Cas9技术对BnNYE1基因启动子光响应顺式调控元件进行基因组编辑，创制出自然界缺乏的基因启动子区域的多组突变，揭示该基因对叶绿素含量、光合作用和含油量积累影响的分子机理。该研究对油菜含油量的分子育种具有重要的理论和实践意义。

叶绿素是光合作用的重要物质基础。我们前期通过全基因组关联分析，在甘蓝型油菜中检测到滞绿基因与叶绿素含量显著相关，并影响油菜含油量积累。我们分析白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中的28个SGR家族基因，基因家族成员之间具有线性关系，在进化上高度同源，且在进化过程中非常保守。203份中国半冬性自交系为材料，利用芸薹属60K SNP芯片对油菜叶绿素含量进行全基因组关联分析，在A01染色体上，检测到单体型区域（6, 193, 165-6, 317, 757 bp, r2 = 0.55）与叶绿素含量之间存在显著关联的关系。再结合重测序的50份半冬性甘蓝型油菜，对这个单体型区域进行进一步分析，检测到1个SNP定位在BnaNYE1a-A01的外显子2区域，并与叶绿素含量显著关联。NYE1转化拟南芥进行功能分析，发现NYE1超表达，降低了叶绿素含量。在油菜中得到了2份3个NYE1突变体的材料。接下来对敲除和野生材料进行转录组测序分析，检测叶绿素合成途径、光合途径、碳水化合物合成途径、脂肪酸合成途径、糖代谢途径、油脂代谢途径基因差异表达和网络表达分析。该研究对油菜含油量的分子育种具有重要的理论和实践意义。