竹子作为一种重要的可再生资源，在碳封存、土壤保护和生态系统稳定方面发挥着关键作用，尤其在热带和亚热带地区，具有重要的生态价值。同时，竹子广泛应用于建筑、家具、纸浆和生物能源等诸多行业，使其成为全球经济中不可或缺的资源。了解竹子生长和木材性质性状的遗传结构，对于制定提高生物量产量和机械性能的分子育种策略至关重要，全基因组关联研究 (GWAS) 为竹子类木材特性的遗传基础提供了重要见解。

近日，中南林业科技大学联合岳麓山实验室、湖南农业大学、中国林科院亚林所和湖南省植物园在国际知名期刊《Industrial Crops & Products》（中科院一区Top）在线发表了题为《Deciphering the genetic basis of growth-mechanical trade-offs in moso bamboo through multi-omics approaches》的研究论文。该研究通过全基因组关联分析（GWAS）、比较基因组学与转录组数据的多组学集成，系统解析了毛竹生长性状与材性（力学）性状的遗传调控机制。3354cc金沙集团博士研究生王颖为第一作者，硕士生赵雯雯、本科生李瑞冰为共同第一作者，盛崧、李炎林、乔桂荣为通讯作者，中南林业科技大学为第一完成单位。

本项工作是在《Nature Communications》期刊已公开发表的“Analysis of 427 genomes reveals moso bamboo population structure and genetic basis of property traits”这篇高水平文章所提供的大规模群体基因组和表型数据基础上进一步开展的。作者在前人卓越工作的基础上，结合多组学集成分析与最新生物信息学方法，尝试对毛竹生长性状与材性性状的遗传调控网络做出更细致的补充和探索。研究发现，毛竹生长相关性状与材性状在遗传上表现出明显的分化和权衡，提示两类性状可能由较为独立的遗传调控网络分别控制，但在其遗传调控体系中仍存在少数关联性关键调控因子，桥接生长与材性两大性状，实现动态平衡。通过多组学集成分析，共筛选出57个多性状相关的关键基因，主要涉及代谢调控、信号转导和胁迫响应等通路，并揭示了如PH02Gene40097等毛竹特有的基因创新。同时，研究确定了PH02Gene38836等核心转录因子在细胞壁生物合成及逆境适应中的中心调控作用，阐明了GRAS、MYB、NAC、MADS等多基因家族协同调控竹材形成的分子基础，不仅为毛竹高产优质育种提供了理论依据和分子靶标，也推动了竹类资源在生态固碳与生物材料领域的高质量利用。

图1. 190个毛竹样品的表型性状分析

图2. 毛竹表型性状的GWAS分析

本研究对190份毛竹样品的九项生长与材性状进行了系统分析，发现生长相关性状与材性相关性状在表型和遗传上表现出明显的分化和聚类。全基因组关联分析（GWAS）共筛选出57个与多性状相关的候选基因，这些基因主要富集于代谢调控、信号转导和胁迫响应等通路，直接参与细胞壁合成的基因较少。比较基因组学分析显示，部分基因如PH02Gene40097在毛竹中具有较强的物种特异性。转录组分析结合K-means聚类结果表明，关键候选基因在不同发育阶段和胁迫条件下具有动态表达模式，其中PH02Gene38836等核心转录因子与多条细胞壁生物合成和逆境响应通路的基因呈现高度共表达关系。多基因家族（GRAS、MYB、NAC、MADS等）的进一步分析揭示，这些家族成员共同参与调控毛竹的生长、抗逆与材性形成过程。

本研究得到了湖南省林业科技创新项目(XLK202455)、湖南省教育厅科学研究项目(22B274)、长沙市科技计划项目 (kg2402253)的大力支持。