欧洲田间试验网络Meta分析揭示春大麦新位点与候选基因：产量、株高、粒重及抽穗期的遗传解析

这篇研究通过欧洲多国田间试验网络的Meta分析，鉴定出春大麦（Hordeum vulgare L.）中控制产量（GY）、株高（PH）、千粒重（TGW）和抽穗期（HD）的23个新QTLs，揭示了育种史上对高遗传力性状（如PH和TGW）的早期选择趋势，并发现Vrs1基因的deficiens等位基因与增产相关。研究为分子设计育种提供了重要靶点。

　　

引言
春大麦作为全球第四大谷物，在欧洲具有重要经济价值。然而，长达百年的育种选择导致遗传多样性下降，尤其在春大麦种质库中。本研究整合欧洲两大项目（EXBARDIV和CLIMBAR）的田间试验数据，通过Meta分析增强QTL检测效力，旨在解析适应性性状的遗传基础。

材料与方法
研究选用151份欧洲春大麦品种，覆盖1920-2020年育成品系。表型数据来自16个田间试验，涵盖4个关键性状：抽穗期（HD）、株高（PH）、产量（GY）和千粒重（TGW）。采用50k SNP芯片和外显子捕获（EC）标记进行基因分型，通过混合线性模型（MLM）和METAL软件进行单试验与Meta-GWAS分析。LD分析和多环境模型进一步验证QTL稳定性。

结果

1. QTL鉴定与稳定性
   Meta分析鉴定出90个QTL（HD-23个、PH-29个、GY-11个、TGW-27个），其中8个PH-QTL与先前研究重叠。例如，PH14定位到已知半矮化基因sdw1（HvGA20ox2）。值得注意的是，HD-QTL（如HD5、HD6、HD8）在春播条件下特异性显著，而HD21在秋播中更突出，反映基因型与环境互作（G×E）。

2. 育种选择趋势
   等位基因频率分析显示，PH和TGW等遗传力高的性状在早期育种中优先被选择。例如，PH19（降低株高）和TGW15（增加粒重）的有利等位基因在20世纪后半叶快速固定。GY-QTL（如GY7）的选择则较晚，可能因其他性状方差降低后更易被捕获。

3. 候选基因挖掘
   EC标记将QTL置信区间缩小至候选基因水平：

• HD17：核孔蛋白Nup160同源基因，可能通过调控开花素CO稳定性影响开花时间。
• PH24：WRKY转录因子，与水稻LAI1/LAZY1同源，调控株型建成。
• TGW18：水稻OsBRXL4同源基因，参与核定位信号传导。
• GY2：Vrs1基因的deficiens等位基因（Vrs1.t）与增产0.28 t·ha^-1相关，首次在田间条件下证实其增产效应。

讨论
研究揭示了欧洲春大麦育种中的关键选择足迹，如5H染色体着丝粒区可能与抗病性选择相关。部分QTL（如PH6-TGW4）存在有利等位基因的连锁排斥，提示未来育种需打破这种限制。外显子捕获技术显著提升候选基因分辨率，如发现HvAGL2（α-葡萄糖苷酶基因）与GY5的关联。

结论
本研究通过多环境Meta分析，系统解析了春大麦重要农艺性状的遗传架构，为分子标记辅助育种提供了新靶点。尤其值得注意的是，Vrs1基因的deficiens等位基因可作为高产育种的潜在标记，而尚未充分选择的QTL（如TGW10）为遗传改良留下空间。未来需结合基因编辑技术验证候选基因功能，加速育种进程。