我校计算生物学中心取得多项研究进展
绿色新闻网报道 新春伊始，我校计算生物学中心研究团队传来捷报。该团队在数量遗传学理论与应用领域获多项研究进展，相关成果以5篇论文形式在线发表在国际著名植物学期刊《The Plant Journal》（2016年影响因子5.468）（1篇）及生物信息学刊物《Briefings in Bioinformatics》（2016年影响因子8.399）（4篇）上面，受到国际学术界广泛关注。
数量性状是农林科学、生物学与医学研究最重要的高端目标。长期以来，对数量性状的研究被认为是生物学最具挑战性的研究难题，虽然大规模育种手段推动了数量性状的遗传改良，但是性状改良所经历的生物学机理问题一直没有得到根本解决。我校计算生物学中心研究人员，根据数量性状形成与发育的基本原理，在国际上率先提出数量性状功能作图理论。该理论用数学模型研究性状形成基本元素的构成与相互关系的结构、动态与发生。经过多年研究，这一理论正在向以系统论、博弈论、实验与计算方法相融合的一门新兴交叉学科方向发展。
近期发表的五篇论文是功能作图理论的应用、完善与推广。
论文一：揭开大树长成的神秘面纱
在干旱、瘠薄的沙漠之地，胡杨正顽强地生长着，并以一种“惊人力量”战胜大自然的各种逆境，把生命一代一代的延续下去。该团队利用功能作图理论，设计了一个庞大的实验，揭示胡杨从种子萌发到幼芽形成这一关键阶段的遗传调控机理，试图发现胡杨耐盐碱的重要基因与代谢网络，进一步探明胡杨在自然选择压力下的那种“惊人力量”起源与重塑。发表在《The Plant Journal》上的论文报道了胡杨功能作图的初步研究成果，发现了影响胡杨种子胚根生长与胚轴生长分别形成主根与茎叶的关键位点，并以生长方程模拟主根与主茎之间的异速生长关系，为解析胡杨抗逆特性提供了可能的生物学解释。
论文二：构建树木个体发育的博弈论
树木在面对自然选择压力时会“聪明”地选择对自身有利的策略; 比如，通过分配更多比例的能量到直接接触逆境的器官，来增强并维护它在当前环境中的生存力与抵抗力。该团队引进经济学研究中广泛使用的博弈论，与功能作图理论相结合，探讨树木主干高生长与直径生长的竞争与合作关系。首次利用Lotka- Volterra微分方程分析并预测树形与环境之间的关系。与南京林业大学合作，成功找到影响美洲黑杨高度与直径异速生长关系的基因，发现了影响树木个体发育的所谓“竞争”QTL与“合作”QTL。
论文三：揭示树木叶形多样性起源
叶片是决定树木生长快慢的加工厂。叶形变异丰富多彩，叶形不仅在不同树木之间存在变异，在同一树木不同发育阶段之间，同一树木不同着生位置之间也存在变异, 形成所谓的异形叶（heterophylly）。长期以来，叶形量化是一个生物学难题，严重制约了这一领域的发展。该团队在功能作图基础上，利用几何形态（GM）方法捕获叶形变异的细微差异，精确测定叶形变异，以及与其他性状之间的关系。利用傅立叶变换函数勾画出叶片外形轮廓，量化叶片的细微变异，成功地定位出影响异形叶变异的关键QTL。
论文四：创立生物形态分析的高维统计模型
许多树木具有比卵形叶、披针形叶更复杂的羽状叶、锯齿叶与褶皱叶。对于这种叶片形态的量化处理是高难度的。该团队把这种复杂形态的叶片分解成众多标志点，并将其定位在笛卡尔坐标系内, 借助Procrustes叠印分析技术提取、标准化叶片变异信息。利用功能作图的原理，对这些赋值的坐标点进行高维统计分析，从而精确地捕获叶片各种细微差异的位置，发现影响这种细微而积累的叶片变异QTL。所发展的统计云计算模型为研究其他生物各种复杂形态提供了重要分析工具。
论文五：发展全基因组关联分析的多因子模型
我校计算生物学中心自成立以来，在数量性状遗传学建模领域产生了一系列具有国际影响力的原创性研究成果，受到国内外同行的好评。该团队正在以更广阔的视野，更开放的研究理念，与国内外顶尖科学家开展深入合作，提高我校在本领域的影响力与话语权。该文是与华中农业大学著名统计遗传学章元明团队的合作成果。该项工作提出全基因关联分析的多因子模型与算法，为系统研究数量性状多基因控制机制、基因与环境交互作用提供了重要分析工具; 再进一步与功能作图理论相结合，勾画出性状形成与发育的全局性基因调控拓扑关系网。
上述研究成果是计算生物学中心研究生张苗苗、王晶、祝绪礼、李欢、桑蒙蒙等，计算生物学中心青年教师薄文浩、姜立波、叶梅霞等，国家花卉工程技术研究中心青年教师孙丽丹等共同完成的，来自南京林业大学、中国林业科学研究院的合作者与美国尤他州立大学Guifang Fu教授、北得克萨斯大学Han Hao教授参与部分重要工作。前四篇论文均是邬荣领教授为通讯作者，最后一篇由章元明教授与邬荣领教授担任共同通讯。（A19）
论文链接：：
论文一:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.13518/full
论文二:
论文三:
https://academic.oup.com/bib/article/2999283/HpQTL-a-geometric-morphometric-platform-to-compute
论文四：
https://academic.oup.com/bib/article/2849398/Mapping-morphological-shape-as-a-high-dimensional
论文五:
https://academic.oup.com/bib/article/2965637/Methodological-implementation-of-mixed-linear
来源：计算生物学中心 作者：张苗苗
