甜土豆基因组学研究揭示代谢产物与基因关联，助力精准育种

研究人员开展甜土豆基因组关联研究，揭示代谢产物与基因关联，助力精准育种，提升甜土豆品质和营养价值

　　甜土豆作为一种重要的粮食和营养作物，其在全球的消费和生产不断增加。然而，甜土豆的育种面临着诸多挑战，如复杂的遗传背景、多样的市场需求以及不同地区对品质和营养成分的偏好差异。为了更好地理解甜土豆的遗传基础，优化其农艺性状，并满足多样化的市场需求，美国田纳西大学、乔治亚大学、美国农业部农业研究服务局和北卡罗来纳州立大学等机构的研究人员开展了一项基于全基因组关联研究（GWAS）的甜土豆基因组学研究。该研究通过分析大量甜土豆种质资源的基因组数据，结合长期的表型数据，揭示了甜土豆代谢产物与基因之间的关联，并评估了基于GWAS辅助的基因组预测（GWAS-assisted genomic prediction，GWABLUP）在甜土豆育种中的潜力，为甜土豆的精准育种提供了重要的理论依据和实践指导，研究成果发表在《Scientific Reports》上。

为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们利用了定量基因分型测序技术（quantitative reduced representation sequencing，qRRS），对698份甜土豆种质资源进行了高密度的基因分型，获得了252,975个基于剂量的单核苷酸多态性（SNPs）和插入/缺失（INDELs）标记。其次，研究人员对这些种质资源进行了长达20年的表型数据收集，涵盖了20种与甜土豆代谢产物相关的性状，包括干物质含量、还原糖、总糖、根色等。通过这些数据，研究人员利用GWAS分析了性状与基因标记之间的关联，并进一步利用GWABLUP方法评估了基因组预测的准确性。

研究结果表明，甜土豆的干物质含量与β-胡萝卜素之间存在负相关，且多个代谢通路（如碳水化合物代谢、细胞壁修饰、磷酸盐饥饿、应激响应和开花调控等）与这些性状密切相关。例如，参与类胡萝卜素生物合成的八氢番茄红素合成酶（phytoene synthase，PSY）基因与干物质含量相关联。在GWAS分析中，研究人员发现了多个与甜土豆代谢产物性状显著相关的基因标记，这些标记能够解释性状变异的一定比例。此外，GWABLUP方法在预测甜土豆复杂性状方面表现出色，与传统的基因组最佳线性无偏预测（Genomic Best Linear Unbiased Prediction，GBLUP）方法相比，预测能力（predictive ability，PA）显著提高，最高可达15.9%。这表明GWAS鉴定出的顶部关联标记能够代表真实的关联，并且将这些标记纳入基因组模型可以增强对复杂性状的育种效果。

在讨论部分，研究人员强调了这些发现对于甜土豆育种策略的重要意义。通过识别与甜土豆代谢产物性状相关的基因和通路，育种者可以更好地理解这些性状的遗传基础，并利用GWAS辅助的基因组预测方法来优化育种计划。这种基于基因组学的育种方法不仅能够提高育种效率，还能更好地满足市场对多样化甜土豆产品的需求。此外，研究还指出，尽管甜土豆是一个遗传复杂的多倍体作物，但通过高密度的基因分型和GWAS分析，研究人员能够克服技术限制，为甜土豆的基因组学研究和育种提供了新的思路和方法。总之，这项研究不仅为甜土豆的遗传改良提供了重要的基因资源和理论基础，也为其他多倍体作物的基因组学研究和育种提供了有益的参考。