植物器官形態(tài)的建成是植物研究領(lǐng)域最基本的生物學(xué)問(wèn)題，存在著(zhù)環(huán)境和遺傳之間復雜調控關(guān)系，導致了“世界上沒(méi)有兩片完全相同的葉子”。目前對于植物器官復雜形態(tài)的描述仍缺乏同一尺度內準確量化的方法，從而限制了器官形態(tài)的遺傳解析和設計改良。

　　近日，東北地理所大豆功能基因組學(xué)學(xué)科組通過(guò)異速生長(cháng)數學(xué)模型的方法對擬南芥葉片和花瓣器官的形態(tài)變異進(jìn)行了定量描述，并在具有復雜染色體構成的多親本高級世代互交系（MAGIC line）中解析了擬南芥器官形態(tài)變異的遺傳基礎。

　　本研究利用由19個(gè)親本相互雜交后形成的穩定遺傳的527份擬南芥多親本高級世代互交系為材料，通過(guò)對后代群體的染色體重構，獲得了527個(gè)株系的染色體片段組成和等位信息。通過(guò)構建葉片和花瓣器官形態(tài)的點(diǎn)模型，并以此構建形態(tài)的異速生長(cháng)點(diǎn)模型數據庫，隨后借助主成分分析（PCA）對多維模型數據進(jìn)行降維分析，獲得定量化的不同主效形態(tài)二維特征信息。然后，將量化的形態(tài)特征與群體等位變異信息結合，通過(guò)連鎖分析和GWAS分析方法進(jìn)行遺傳解析，獲得調控器官形態(tài)的28個(gè)遺傳位點(diǎn)和調控葉片、花瓣器官形態(tài)共變異的20個(gè)遺傳位點(diǎn)。最終，可以重構出19個(gè)親本和527份材料形態(tài)差異的定量化的遺傳進(jìn)化路徑，為器官形態(tài)的重新設計提供重要信息。

圖1. 擬南芥葉片和花瓣的數學(xué)模擬和遺傳解析

　　A.描述葉片和花瓣形態(tài)的點(diǎn)模型；B.擬南芥MAGIC群體中葉片和花瓣形態(tài)模型的PCA分析；C.MAGIC群體器官形態(tài)的異速生長(cháng)空間；D.不同葉片形態(tài)的最優(yōu)設計路線(xiàn)，不同顏色的箭頭表示不同PC的QTL位點(diǎn)。

　　中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所博士后李新和助理研究員張耀華為論文并列第一作者，楊素欣研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。（文章鏈接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02758-w）