项目文章|Genome Biology-揭示苦荞的驯化历史并鉴定多个农艺性状候选基因

1月12日，中国农业科学院作物科学研究所周美亮课题组在期刊《Genome Biology》上发表了题为“Resequencing of global Tartary buckwheat accessions reveals multiple domestication events and key loci associated with agronomic traits”的研究论文。该研究对510份苦荞种质进行全基因组重测序，建立了苦荞基因组变异数据库，并发现由于南北两个品系苦荞的独立驯化导致了现代苦荞品种的多样性。该研究通过全基因组关联分析发现了几个重要农艺性状的候选基因，为苦荞优良品种的基因组辅助育种提供了依据。

苦荞作为膳食能够为人体提供均衡的必需氨基酸、抗性淀粉、维生素和矿物质，也是功能性食品生产的重要原料，并且在许多高海拔地区，这种作物一直被当做主食。而由于人类的长期驯化和地理隔离，苦荞表型和基因型表现出丰富的多样性，这就为育种提供了丰富的资源。然而，目前苦荞的栽培品种主要是从优秀地方品种中单独挑选出来的，想要突破育种的局限就必须对苦荞的基因组信息和数量性状位点进行丰富。

该研究利用二代测序对510份苦荞核心种质资源进行了基因组测序，其中包括83个地方品种和27个野生品种和其他7种荞麦草属植物。测序共生成3.98 Tb数据，平均测序深度为12.65×，基因组覆盖率为91.72%，并且最终鉴定出共1095,748个SNPs和116,516 indels。系统发育分析将这些苦荞种质资源分为3个主要的单系分支：HW组(喜马拉雅地区野生种质)，SL组(西南地方种)和NL组(北部地方种)。分析表明，苦荞可能从首先由喜马拉雅地区野生种驯化成为栽培种后，再由中国北方迁移到其他国家。栽培组SL和NL与野生组HW相比，在植株发育、产量和品质性状方面表现出明显的优势。

苦荞种质资源的地理分布和种群结构（图片引自文献[1]）

为了鉴定苦荞驯化过程中潜在的选择信号，采用跨群体的复合似然比检验法（XP-CLR）对HW与SL、HW与NL进行比较，并发现在SL和NL中存在重叠驯化区域很少，这表明这两个种群可能存在独立驯化过程。研究也通过GWAS找到一些调控包括种皮颜色，千粒重，种子粒宽在内的农艺性状的候选基因，分析了类黄酮代谢相关的关键酶基因FtUFGT3和与粒重相关的转录因子FtAP2YT1的功能，揭示了其在优质苦荞麦品种改良中的应用潜力。

全基因组分析表明SL和NL性状是独立驯化的（图片引自文献[1]）

该研究对苦荞种质资源进行基因组重测序和GWAS分析，为其起源、传播和驯化的研究提供了广泛的基因组资源，使建立一个全面的苦荞基因组变异数据库成为可能。该研究鉴定到的候选基因既为苦荞种质改良提供了重要的理论依据，也为其他作物品种育种突破提供了有益助力。

参考文献

Zhang, K., He, M., Fan,Y. et al. Resequencing of global Tartary buckwheat accessions revealsmultiple domestication events and key loci associated with agronomictraits. Genome Biol 22, 23 (2021).