郭自峰研究组揭示小麦株型性状地理分化和育种选择的遗传基础
小麦不同茎节长度全基因组关联分析，QTL互作网络及全基因组选择信号扫描图
小麦是三大粮食作物之一，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。提高产量仍是当前小麦育种的主要目标之一。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。中国科学院植物研究所郭自峰研究组联合中国科学院遗传发育研究所鲁非团队和中国农科院作物科学研究所郝元峰团队，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、主分蘖长度、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，构建QTL网络，发现部分位点具有多效性。其中83个QTL跟单一性状关联，其他的QTL与多性状关联。进一步的分析发现控制小麦不同节位长度的QTL具有明显差异。不同节位有不同的功能，例如穗下节和穗发育密切相关，第四节影响抗倒伏性状。利用此研究的结果，可以独立调控穗下节和第四节长度，最终影响穗发育和抗倒伏性状。单倍型及其组合的差异分布为不同节位长度在世界范围内小麦地理分化特征和中国小麦育种选择提供了遗传基础。利用“矮孟牛”和“小偃6号”及其衍生品种，我们研究了小麦不同茎节的单倍型区段在中国育种过程中的利用规律。世界范围的地理分化规律发现，欧洲小麦材料穗下节长的单倍型占比例比较大，亚洲材料穗下节中等的单倍型占比例比较大，并且随着育种过程比例一直增加。此外还对不同茎秆的单倍型组合分析，模拟了不同育种选择下的株型差异。同时在1A染色体上鉴定到控制小麦株高的候选基因，把该基因差异位点导入到相应品种中，对株高有显著的影响。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日在线发表于学术期刊Genome Biology。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）。
文章链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02932-x