利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制

摘要

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状，本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用，探究这2个性状的生长过程和生长模式，揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程，利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料，调查其在温室内的生长动态数据，结合本群体的高通量分子标记数据，开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线，拆分整体生长曲线发现，藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用，而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90，且2个性状拟合的残差均服从随机分布，说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点，可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例，对藏川杨高度和直径进行遗传解析，发现该SNP的3种基因型（AA、AC、CC）具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释，可将这些位点所在的基因分为：与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型，可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小，识别树干动态生长的过程和模式，相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。

关键词

藏川杨 / 博弈论 / 异速生长模型 / 高度 / 直径 / 数量性状位点

基金资助

国家自然科学基金项目（32071796）