你知道嗎？甘蔗不僅是全球糖分的主要來源，而且它還隱藏著許多未被發(fā)掘的秘密。今天，我們就來聊聊科學(xué)家們是如何通過全基因組測序技術(shù)解開甘蔗品種改良之謎的！廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所在《The Plant Journal》雜志上發(fā)表題為“Whole-genome sequencing of a worldwide collection of sugarcane cultivars (Saccharumspp.) reveals the genetic basis of cultivar improvement”的文章。研究通過對219個全球范圍內(nèi)的甘蔗栽培品種（Saccharumspp.）進(jìn)行全基因組測序，揭示了這些栽培品種遺傳多樣性和遺傳基礎(chǔ)。

一、研究背景

甘蔗是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，在全球范圍內(nèi)廣泛種植。然而，甘蔗作為一種高度復(fù)雜的多倍體作物，其遺傳差異和農(nóng)藝性狀的基礎(chǔ)一直未被完全揭示。本研究對219個世界范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)甘蔗栽培品種進(jìn)行了全基因組重測序，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）關(guān)聯(lián)了甘蔗的農(nóng)藝性狀與基因型之間的關(guān)系。這些研究結(jié)果對于深入了解甘蔗的遺傳改良和加速甘蔗育種進(jìn)程具有重要意義。

二、研究方法

全基因組重測序+GWAS（全基因組關(guān)聯(lián)分析）+轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證（qRT-PCR）

三、主要結(jié)果

研究人員對全球219個甘蔗栽培品種進(jìn)行了全基因組重測序，產(chǎn)生了約13.6 Tb的reads，平均測序深度21×，鑒定了6, 064,835個高質(zhì)量的單核苷酸多態(tài)性（SNP）。

通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定了2198個與蔗糖含量、植株數(shù)量、植株高度、莖直徑、甘蔗產(chǎn)量和蔗糖產(chǎn)量顯著相關(guān)的SNPs。結(jié)合選擇標(biāo)記檢測，識別出了104個在GWAS和選擇標(biāo)記檢測中均顯著的位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)觀察到與上述農(nóng)藝性狀相關(guān)的SNPs或單倍型有利等位基因呈現(xiàn)純合的趨勢，超過80%的甘蔗品種攜帶了這些有利等位基因（圖3）。

基因滲入分析顯示，在品種改良進(jìn)程中，來源于野生甘蔗（Saccharum spontaneum）的染色體片段數(shù)量隨育種時間減少，而來源于Saccharum officinarum的片段數(shù)量則增加，這揭示了品種改良中親本貢獻(xiàn)的動態(tài)變化（圖4）。

研究中還發(fā)現(xiàn)了一個重要的基因——含有L型凝集素結(jié)構(gòu)域的受體激酶基因（ShL-LecRLK 4.4），該基因在調(diào)控蔗糖和淀粉代謝過程中扮演重要角色，直接與UDP-葡萄糖焦磷酸酶相互作用，從而影響蔗糖的積累。通過對不同育種年份的甘蔗品種進(jìn)行比較，研究者們確定了一個特定的等位基因組合（Hap10），它與更高的蔗糖含量密切相關(guān)。此外，通過轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)過表達(dá)另一個基因ShN/AINV3.1可以顯著增加甘蔗的莖芽數(shù)量和其他農(nóng)藝性狀，表明該基因?yàn)槔斫廪r(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)提供了全面的資源，有利于種質(zhì)創(chuàng)新、分子標(biāo)記篩選和未來甘蔗品種改良（圖5-6）。

四、研究結(jié)論

本研究通過對219個品種的基因組進(jìn)行重新測序，提供了一個全面的甘蔗基因組變異圖，并深入了解了不同品種的基因組變異以及甘蔗改良過程中的人工選擇或適應(yīng)，揭示了ShN/AINV3.1對甘蔗生長有積極影響。這些結(jié)果為了解甘蔗農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)提供了寶貴的資源，并將有助于開發(fā)未來甘蔗育種的分子標(biāo)記。

凌恩基于農(nóng)業(yè)動植物自然群體、分離群體、種質(zhì)資源等，結(jié)合表型性狀，全基因組關(guān)聯(lián)（GWAS）以及QTL定位關(guān)鍵農(nóng)藝性狀候選基因，開展農(nóng)作物功能SNP標(biāo)記芯片研究以及育種在線分析平臺開發(fā)。團(tuán)隊傾心打造凌恩生物明星產(chǎn)品，種質(zhì)資源數(shù)字化解決方案一站式服務(wù)，打造種質(zhì)資源農(nóng)業(yè)育種全套分析流程！四大模塊，全方位開展高質(zhì)量農(nóng)業(yè)育種研究！