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掘的秘密。今天，我們就來聊聊科學家們是如何通過全基因組測序技術解開甘蔗品種改良之謎的！廣東省科學院南繁種業研究所在《The Plant Journal》雜志上發表題為“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個全球范圍內的甘蔗栽培品種（Saccharumspp.）進行全基因組測序，揭示了這些栽培品種遺傳多樣性和遺傳基礎。

一、研究背景

甘蔗是一種重要的經濟作物，在全球范圍內廣泛種植。然而，甘蔗作為一種高度復雜的多倍體作物，其遺傳差異和農藝性狀的基礎一直未被完全揭示。本研究對219個世界范圍內的優質甘蔗栽培品種進行了全基因組重測序，并通過全基因組關聯分析（GWAS）關聯了甘蔗的農藝性狀與基因型之間的關系。這些研究結果對于深入了解甘蔗的遺傳改良和加速甘蔗育種進程具有重要意義。

二、研究方法

全基因組重測序+GWAS（全基因組關聯分析）+轉基因實驗驗證（qRT-PCR）

三、主要結果

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

通過全基因組關聯分析，鑒定了2198個與蔗糖含量、植株數量、植株高度、莖直徑、甘蔗產量和蔗糖產量顯著相關的SNPs。結合選擇標記檢測，識別出了104個在GWAS和選擇標記檢測中均顯著的位點。實驗觀察到與上述農藝性狀相關的SNPs或單倍型有利等位基因呈現純合的趨勢，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，在品種改良進程中，來源于野生甘蔗（Saccharum spontaneum）的染色體片段數量隨育種時間減少，而來源于Saccharum officinarum的片段數量則增加，這揭示了品種改良中親本貢獻的動態變化（圖4）。

研究中還發現了一個重要的基因——含有L型凝集素結構域的受體激酶基因（ShL-LecRLK 4.4），該基因在調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。此外，通過轉基因實驗證實過表達另一個基因ShN/AINV3.1可以顯著增加甘蔗的莖芽數量和其他農藝性狀，表明該基因為理解農藝性狀的遺傳基礎提供了全面的資源，有利于種質創新、分子標記篩選和未來甘蔗品種改良（圖5-6）。

四、研究結論

本研究通過對219個品種的基因組進行重新測序，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，揭示了ShN/AINV3.1對甘蔗生長有積極影響。這些結果為了解甘蔗農藝性狀的遺傳基礎提供了寶貴的資源，并將有助于開發未來甘蔗育種的分子標記。

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