現代小麥育種對基因組和表型的重塑研究獲進展

約8000多年前，小麥起源于新月沃地，而后逐漸向世界各地傳播，形成能很好適應不同地域環境和逆境脅迫的地方品種。它們在相對較低的投入下能保持中等產量。現代小麥育種是對地方品種進行改良，使其成為高產、優質及適應性更強的品種。這一育種過程對小麥的基因組和表型進行了重塑。由于氣候以及育種者的喜好等因素，不同的小麥生產區會培育出不同品種。因此，比較分析現代育種過程對不同地域的小麥基因組和表型的重塑，可揭示不同地域的育種軌跡，并可為培育更加優良的小麥新品種提供重要線索和基因資源、奠定理論基礎。
 
　　近日，海南省崖州灣種子實驗室、中國科學院遺傳與發育生物學研究所與深圳華大基因研究院，在《植物細胞》（The Plant Cell）上，發表了題為Whole-genome sequencing of diverse wheat accessions uncovers the genetic changes during modern breeding in China and the United States的研究論文（DOI：10.1093/plcell/koad229），揭示了中美兩國現代小麥育種選擇的異同。
 
　　該研究通過對355份中國和美國的育成品種以及地方品種進行表型評價和基因組重測序分析，發現現代育成品種的表型和遺傳多樣性與地方品種相比均發生很大改變。中美兩國的現代育成品種比地方品種產量高、株高降低、開花期縮短。在產量提高方面，中國的現代品種主要通過增加籽粒大小、穗粒數和千粒重等因素來提高產量，而美國主要依靠增加分蘗數來實現產量提高。這表明中美兩國對小麥表型的重塑方面存在差異。為進一步從基因組水平闡釋這種差異，該工作對21個農藝性狀進行全基因組關聯分析（GWAS），鑒定到207個控制農藝性狀的位點，并繪制了這些位點的基因型指紋圖譜。分析發現，大部分位點的優異等位變異頻率在中美品種中均明顯增加，但中國品種和美國品種增加幅度有所差異，這預示著不同國家在現代育種過程中對這些位點進行了不同程度的趨同選擇。
 
　　此外，該研究采用XP-CLR的方法在全基因組水平對中美兩國育種選擇靶標進行鑒定，發現了約15%的基因組區域受到選擇，且這些受選擇的區域包含諸多控制株型、產量、品質和抗病等的已知基因。研究顯示，中美育種家可能通過選擇同一基因、同一基因的不同單倍型或同一基因在不同亞基因組上的同源基因來實現對某一性狀的重塑。
 
　　該研究揭示了中國和美國的育種家在現代育種過程中對小麥表型和基因型重塑的異同，并提供了豐富的材料和遺傳資源，將為未來小麥的改良提供重要信息和基因座位資源。
 
　　研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金創新研究群體項目和山東省自然科學基金委重大基礎研究項目的支持。



日期：2023-09-05