研究揭示木薯重要農藝性狀形成的遺傳機制

近日，中國熱科院生物所、品資所和三亞研究院聯合福建農林大學、伊利諾伊大學、華中科技大學、中國農業科學院等單位在《基因組生物學》（Genome Biology）上發表研究論文，繪制了388份木薯種質的全基因組變異圖譜，揭示了木薯群體水平雜合性變異影響木薯重要農藝性狀的遺傳機制，為木薯及其它高雜合作物遺傳改良奠定了重要理論基礎。

木薯是世界重要的糧食作物和能源作物，為105個國家近10億人口提供碳水化合物來源。木薯基因組（2n=36）具有高度雜合特征，使其成為研究雜合性變異的良好系統。該研究針對雜合性變異影響木薯重要農藝性狀的遺傳機制，依托中國熱科院熱帶生物組學大數據中心平臺，開展了以下五個方面的研究：一是通過高深度重測序繪制了來自15個國家388份木薯種質（14份野生種、38份地方品種、336份栽培品種）的全基因組變異圖譜，識別了1344463個SNP和1018832個InDels。二是通過進化和遺傳距離分析支持了M.esculenta ssp. flabellifolia是木薯野生祖先種的假說，同時結合考古學證據提出了木薯從南美洲到非洲再到亞洲的傳播馴化路徑。三是通過對多年田間性狀數據的全基因組關聯分析鑒定出52個與木薯產量、品質和抗逆性等23個重要農藝性狀緊密關聯的遺傳標記，明確了9個優異基因單倍型的遺傳效應，闡明了雜合位點的保持對于優異性狀的形成具有重要貢獻。四是通過馴化選擇、全基因組關聯分析和遺傳轉化等方法識別了81個遺傳多樣性和雜合度降低的人工選擇區間（覆蓋548個基因），發現選擇MeTIR1核心純合變異促使塊根淀粉含量提升，對MeAHL17選擇馴化促使塊根產量提升的同時導致木薯細菌性枯萎病抗性丟失。五是通過等位變異組合分析揭示了MeAHL17和MeTIR1核心變異的組合可促使淀粉含量和枯萎病抗性兼顧。

該研究深化了對木薯雜合性變異遺傳基礎的理解，為利用等位變異創新木薯和其他高雜合作物育種策略提供了新見解。