不同復雜性狀間的耦合是分子設計育種的關鍵科學問題。作物的產量、品質等大都是多基因控制的復雜性狀，由于受到一因多效和遺傳連鎖累贅的影響，使某些性狀在不同材料和育種后代中協同變化，呈現耦合性相關。解析復雜性狀間耦合的遺傳調控網絡，明確關鍵調控單元，對分子設計育種具有重要意義。大豆原產中國，是人類和動物油脂和蛋白質的主要來源。高效分子設計育種新體系的研究對于高產優質大豆新品種的培育具有重要意義。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所田志喜研究員聯合王國棟研究員、朱保葛研究員、華盛頓州立大學張志武研究員等多家研究團隊深入解析了大豆84個農藝性狀間的遺傳調控網絡，為大豆的分子設計育種提供重要的理論基礎。為了解析不同農藝性狀之間的內在遺傳調控網絡，該研究團隊首先對809份大豆栽培材料進行了重測序（平均深度約為8.3×），并對其遺傳多樣性進行了分析，明確了這些材料的群體結構。進而，對這809份材料的84個產量和品質性狀進行了連續多年多點的觀測，發現不同性狀間呈現不同程度的相關性。進一步，該團隊利用全基因組關聯分析并結合新開發的上位性效應檢測方法，對84個性狀的調控位點進行了系統的全基因組掃描，共鑒定出245個顯著性關聯位點，并發現其中95個關聯位點和其他位點存在上位性效應。一方面，這些關聯位點很好地解析單個性狀的遺傳調控。例如，對于油含量相關性狀，共鑒定到24個脂肪酸代謝相關和21個脂代謝相關的基因，它們分別參與了不同的重要酶促反應。深入分析發現這些基因是通過加性效應共同調控多個大豆油脂性狀的形成。另一方面，這些關聯位點揭示了不同性狀間相互耦合的遺傳基礎。根據連鎖不平衡分析，發現115個關聯位點可相互連鎖，并將所觀測的51個性狀聯系起來，形成復雜的多性狀多位點調控網絡，該遺傳調控網絡很好地解釋了不同性狀間的耦合關系。研究還發現其中23個關聯位點起到了重要節點作用，對不同性狀的形成起到關鍵調控作用，并對其中部分位點在不同性狀耦合中的作用進行了驗證。
該研究為大豆的分子設計育種提供了重要的理論基礎，對于提高大豆的品質和產量具有非常重要的意義，同時也為其他作物性狀耦合研究提供了借鑒。相關論文于2017年8月25日在Genome Biology雜志在線發表(DOI:10.1186/s13059-017-1289-9)。田志喜研究組博士生房超、助研馬燕明與王國棟研究組博士后吳世文博士為該論文共同第一作者。該研究得到了中科院戰略先導研究計劃、國家自然科學基金委、國家重點研發計劃、美國農業部、華盛頓州立大學新興研發計劃華盛頓糧食組織等項目的資助。