杨树是世界上主要造林树种之一，具有重要的生态经济价值，其生产力往往受到氮利用的限制，提高氮利用效率（NUE）是解决这一问题的重要途径。目前，林木氮高效利用遗传资源匮乏，迫切需要开展相关方面的研究。近日，我所林木分子生物学研究组在杨树氮利用效率研究中取得了新进展。
青杨天然种群在长期自然选择过程中，表现出较强的环境适应性和丰富的种内变异，具有丰富的遗传资源。该团队在青杨天然种质施肥试验的基础上，对两种氮水平下的408个青杨基因型株高、地径进行全基因组关联研究（GWAS）以及基因组选择（GS）辅助的GWAS，分别鉴定出55个和40个显著SNPs位点，关联到92个和69个候选基因，其中包括30个重叠基因。在施肥试验的基础上进行转录组分析，发现在氮处理下，不同地区间青杨基因表达水平差异显著，与碳氮代谢、氨基酸代谢、能量代谢和信号转导相关的基因差异表达，结合表型数据进行WGCNA鉴定出一个与氮代谢过程密切相关的模块。整合前面三方面数据确定了4个可能通过调节氮代谢来影响青杨生长的关键调控基因。该研究结果为林木氮调控机制解析提供理论依据，对杨树生长及氮利用等性状遗传改良具有重要指导意义。
相关研究结果以题为“Combining GS-assisted GWAS and transcriptome analysis to mine candidate genes for nitrogen utilization effciency in Populus cathayana”在线发表于BMC Plant Biology，我所博士研究生周星鲁和项晓东为该论文的共同第一作者，张磊助理研究员及胡建军研究员为论文的通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划（2021YFD2200201）和国家自然科学基金（32071797）的资助。（胡建军/林业所）
图1 GWAS分析曼哈顿图
图2 WGCNA鉴定的氮代谢过程密切相关模块及Hub基因分析