近日，理學院高維數模科創團隊張曉宇教授課題組在《Theoretical and Applied Genetics》（影響因子：4.4，中國科學院一區Top）在線發表了題為《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程，它不僅維持著植物、藻類和光合細菌的生存，還為包括人類在內的幾乎所有異養生物提供能量和碳化合物的來源。葉綠素熒光能夠可視化植物光合作用機理。葉綠素熒光參數能揭示植物光合作用的內在特征，從而反映植物光合作用的效率和對光的利用。因此，深入研究葉綠素熒光表型及其遺傳機制具有重要意義。在植物的生長過程中，不同器官、組織之間存在著交流和聯系，它們密切配合，維持植物對資源的最佳獲取和對環境的適應。然而，許多研究主要集中于一兩個性狀的變化趨勢，而忽略了高維復雜性狀的完整性與環境變化。
本研究考慮了隨機環境對表型變化的影響，構建了高維隨機微分方程模型，該框架與布朗運動和博弈論結合，探究多個復雜性狀變化的遺傳機制。該框架被應用于多種葉綠素熒光參數的變化，通過這個框架，能夠更好地理解不同熒光表型之間的競爭或合作關系，并挖掘調控熒光表型的關鍵數量性狀位點，通過調控熒光表型的互作和變化，解釋光強梯度下的熒光表型變化過程和模式。
通過對葉綠素熒光表型-基因型數據的分析，我們的研究框架定位了一些在植物生長過程中發揮重要作用的關鍵QTL，一些QTL被定位到生長發育和色素變化的候選基因上。另外，構建的遺傳調控網絡能夠展示QTL之間的相互作用關系，對顯著位點構建的遺傳網絡，能夠清晰地展示QTL之間的相互關系，進一步從遺傳的角度來說明熒光表型的變化機制。本文的方法描述了隨機環境中的表型變化及互作關系，為光合作用的復雜過程和遺傳機制提供參考。
理學院碩士生姜俊澤為論文第一作者，理學院張曉宇教授、生物科學與技術學院宋躍朋教授為通訊作者。生物科學與技術學院張德強教授、日本山形大學方青教授、理學院碩士生盧凱燕和周子楊、生物學院博士生龔慧瑩參與了該研究。
本研究得到了以下項目的資助：北京林業大學理學院2023年引導專項項目[項目編號：2023BJFULXYYD-16]、國家科技重大專項新藥創制子課題[項目編號：2019HXFWLIXY001]、國家自然科學基金[項目編號：61802009]以及橫向課題[項目編號：2017HXKFLIXY001]。
