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鲁非研究组合作揭示小麦株型性状地理分化和育种选择的遗传基础

  • 转自:遗传与发育生物学研究所官网
  • 日期:2023-05-17
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        小麦是三大主要粮食作物之一,占世界粮食产量的30%和世界粮食贸易的50%,其产量直接影响我国粮食安全。因此,提高小麦产量仍是当前育种工作的主要目标之一。小麦株型对于提高产量和环境适应性至关重要,系统研究小麦株型性状的地理分化和育种选择的遗传基础,对于小麦育种具有重要价值。 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究组与中科院植物所郭自峰研究组、中国农科院作物科学研究所郝元峰研究组合作,利用世界范围内的306份小麦(重测序获得4千万可靠SNP),针对8个株型性状(穗下节长度、第二茎节、第三茎节、第四茎节、主分蘖高度、最高和最矮分蘖长度及其差值)进行全基因组关联性分析,共鉴定发现330个QTL,其中83个QTL与单一性状关联,其他的QTL与多性状关联,具有多效性特征。进一步研究发现控制小麦不同节位长度的QTL具有明显的功能差异,例如穗下节和穗发育密切相关,第四节影响抗倒伏性状(图)。为了探究不同茎节单倍型组合对株型的影响,本研究对831份中国小麦品种进行单倍型分析,发现三个新的单倍型组合在中国小麦育种中被明显利用。根据世界范围的小麦地理分化规律,可以看出欧洲小麦材料的穗下节长度单倍型占比较大,而亚洲材料的中等单倍型占比随育种过程逐渐增加。此外,通过分析不同茎秆的单倍型组合并模拟不同育种选择下的株型差异,本研究成功鉴定了控制小麦株高的候选基因(chr1A),并在相应品种中进行差异位点导入实验,取得了显著的影响。该研究对小麦株型的遗传改良具有重要意义,为小麦株型的分子设计育种提供了重要的遗传信息资源。 

  该研究成果于5月12日在线发表于国际学术期刊Genome Biology(DOI:10.1186/s13059-023-02932-x)。中国科学院植物研究所博士生刘洋洋,沈阔程,中国科学院遗传与发育生物学研究所尹长斌助理研究员以及中国农业科学院作物科学研究所许小宛为论文的共同第一作者,中国科学院植物研究所郭自峰研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究员和中国农业科学院作科所郝元峰研究员为共同通讯作者。中国农科院作物科学研究所何中虎研究员、张学勇研究员和郝晨阳研究员,西北农林科技大学吴建辉教授参与并指导了该工作。项目研究得到了中国科学院战略重点研究计划的支持(XDA24010104-2,XDA24020201)和国家重点研发计划的支持(2022YFF1002904)。 

图:小麦不同茎节长度全基因组关联分析、QTL互作网络结构以及全基因组选择信号