近日，理学院高维数模科创团队张晓宇教授课题组在《Theoretical and Applied Genetics》（影响因子：4.4，中国科学院一区Top）在线发表了题为《Exploiting Light Energy Utilization Strategies in Populus simonii through Multitrait-GWAS: Insights from Stochastic Differential Models》的研究论文。
光合作用是地球上最重要的过程，它不仅维持着植物、藻类和光合细菌的生存，还为包括人类在内的几乎所有异养生物提供能量和碳化合物的来源。叶绿素荧光能够可视化植物光合作用机理。叶绿素荧光参数能揭示植物光合作用的内在特征，从而反映植物光合作用的效率和对光的利用。因此，深入研究叶绿素荧光表型及其遗传机制具有重要意义。在植物的生长过程中，不同器官、组织之间存在着交流和联系，它们密切配合，维持植物对资源的最佳获取和对环境的适应。然而，许多研究主要集中于一两个性状的变化趋势，而忽略了高维复杂性状的完整性与环境变化。
本研究考虑了随机环境对表型变化的影响，构建了高维随机微分方程模型，该框架与布朗运动和博弈论结合，探究多个复杂性状变化的遗传机制。该框架被应用于多种叶绿素荧光参数的变化，通过这个框架，能够更好地理解不同荧光表型之间的竞争或合作关系，并挖掘调控荧光表型的关键数量性状位点，通过调控荧光表型的互作和变化，解释光强梯度下的荧光表型变化过程和模式。
通过对叶绿素荧光表型-基因型数据的分析，我们的研究框架定位了一些在植物生长过程中发挥重要作用的关键QTL，一些QTL被定位到生长发育和色素变化的候选基因上。另外，构建的遗传调控网络能够展示QTL之间的相互作用关系，对显著位点构建的遗传网络，能够清晰地展示QTL之间的相互关系，进一步从遗传的角度来说明荧光表型的变化机制。本文的方法描述了随机环境中的表型变化及互作关系，为光合作用的复杂过程和遗传机制提供参考。
理学院硕士生姜俊泽为论文第一作者，理学院张晓宇教授、生物科学与技术学院宋跃朋教授为通讯作者。生物科学与技术学院张德强教授、日本山形大学方青教授、理学院硕士生卢凯燕和周子杨、生物学院博士生龚慧莹参与了该研究。
本研究得到了以下项目的资助：新濠天地赌博|北京林业大学理学院2023年引导专项项目[项目编号：2023BJFULXYYD-16]、国家科技重大专项新药创制子课题[项目编号：2019HXFWLIXY001]、国家自然科学基金[项目编号：61802009]以及横向课题[项目编号：2017HXKFLIXY001]。
