近日，理學(xué)院高維數(shù)模科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)張曉宇教授課題組在《Theoretical and Applied Genetics》（影響因子：4.4，中國(guó)科學(xué)院一區(qū)Top）在線發(fā)表了題為《Exploiting Light Energy Utilization Strategies in Populus simonii through Multitrait-GWAS: Insights from Stochastic Differential Models》的研究論文。
光合作用是地球上最重要的過(guò)程，它不僅維持著植物、藻類(lèi)和光合細(xì)菌的生存，還為包括人類(lèi)在內(nèi)的幾乎所有異養(yǎng)生物提供能量和碳化合物的來(lái)源。葉綠素?zé)晒饽軌蚩梢暬参锕夂献饔脵C(jī)理。葉綠素?zé)晒鈪?shù)能揭示植物光合作用的內(nèi)在特征，從而反映植物光合作用的效率和對(duì)光的利用。因此，深入研究葉綠素?zé)晒獗硇图捌溥z傳機(jī)制具有重要意義。在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中，不同器官、組織之間存在著交流和聯(lián)系，它們密切配合，維持植物對(duì)資源的最佳獲取和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。然而，許多研究主要集中于一兩個(gè)性狀的變化趨勢(shì)，而忽略了高維復(fù)雜性狀的完整性與環(huán)境變化。
本研究考慮了隨機(jī)環(huán)境對(duì)表型變化的影響，構(gòu)建了高維隨機(jī)微分方程模型，該框架與布朗運(yùn)動(dòng)和博弈論結(jié)合，探究多個(gè)復(fù)雜性狀變化的遺傳機(jī)制。該框架被應(yīng)用于多種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，通過(guò)這個(gè)框架，能夠更好地理解不同熒光表型之間的競(jìng)爭(zhēng)或合作關(guān)系，并挖掘調(diào)控?zé)晒獗硇偷年P(guān)鍵數(shù)量性狀位點(diǎn)，通過(guò)調(diào)控?zé)晒獗硇偷幕プ骱妥兓忉尮鈴?qiáng)梯度下的熒光表型變化過(guò)程和模式。
通過(guò)對(duì)葉綠素?zé)晒獗硇?基因型數(shù)據(jù)的分析，我們的研究框架定位了一些在植物生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵QTL，一些QTL被定位到生長(zhǎng)發(fā)育和色素變化的候選基因上。另外，構(gòu)建的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)能夠展示QTL之間的相互作用關(guān)系，對(duì)顯著位點(diǎn)構(gòu)建的遺傳網(wǎng)絡(luò)，能夠清晰地展示QTL之間的相互關(guān)系，進(jìn)一步從遺傳的角度來(lái)說(shuō)明熒光表型的變化機(jī)制。本文的方法描述了隨機(jī)環(huán)境中的表型變化及互作關(guān)系，為光合作用的復(fù)雜過(guò)程和遺傳機(jī)制提供參考。
理學(xué)院碩士生姜俊澤為論文第一作者，理學(xué)院張曉宇教授、生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院宋躍朋教授為通訊作者。生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張德強(qiáng)教授、日本山形大學(xué)方青教授、理學(xué)院碩士生盧凱燕和周子楊、生物學(xué)院博士生龔慧瑩參與了該研究。
本研究得到了以下項(xiàng)目的資助：北京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院2023年引導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目[項(xiàng)目編號(hào)：2023BJFULXYYD-16]、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)新藥創(chuàng)制子課題[項(xiàng)目編號(hào)：2019HXFWLIXY001]、國(guó)家自然科學(xué)基金[項(xiàng)目編號(hào)：61802009]以及橫向課題[項(xiàng)目編號(hào)：2017HXKFLIXY001]。
