437份烟草种质全基因组重测序揭示株高候选基因的遗传基础与育种价值

编辑推荐：本研究通过全基因组重测序(WGRS)对437份烟草种质进行测序，鉴定出2,263,775个高质量SNP，结合群体遗传结构和GWAS分析，发现烟草种质可分为8个遗传簇，并鉴定出3个与株高相关的候选基因（LOC107765628、LOC107776276、LOC107807513）。研究为烟草分子育种提供了重要遗传资源，对解析复杂数量性状的遗传机制具有重要意义。

　　

烟草作为重要的经济作物和模式植物，其株高是影响产量的关键农艺性状。然而，由于长期的人工选择和杂交育种，烟草遗传背景狭窄，限制了新品种的培育。此外，气候变化对作物适应性提出新挑战，解析株高的遗传机制成为育种优化的迫切需求。为此，云南省烟草农业科学院与山东农业大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了题为“Whole genome re-sequencing in 437 tobacco germplasms identifies plant height candidate genes”的研究，通过大规模基因组分析揭示了烟草株高的遗传基础。

研究团队采用全基因组重测序(WGRS)技术对437份烟草种质（包括烤烟、晒烟等6种类型）进行平均13X深度的测序，结合Burrows-Wheeler Aligner和GATK流程鉴定SNP。通过FastTree构建系统发育树、ADMIXTURE分析群体结构，并利用GEMMA软件进行GWAS分析，筛选与株高相关的SNP位点。最后通过GO和KEGG富集分析预测候选基因功能。

结果部分
全基因组重测序与变异检测
测序数据平均Q30达95.62%，比对参考基因组效率99.59%。共鉴定17,862,966个SNP，过滤后获得2,263,775个高质量SNP，其中81.38%位于基因间区，Ts/Tv比值为2.16。

群体遗传结构
PCA显示PC1和PC2分别解释44.95%和18.73%的变异。ADMIXTURE分析将种质划分为8个遗传簇，显著区别于传统形态学分类。基因流分析发现烤烟(FT)与黄花烟(RT)、香料烟(OT)与晾烟(AT)间存在基因交流。

株高的GWAS分析
以P<5×10^-8为阈值筛选出353个显著SNP，其中3个位于LG1的SNP（LG1:155162419、LG1:152799784、LG1:153204197）与株高显著相关。单倍型分析显示突变型植株株高显著增加（P<0.05），LD分析证实其强连锁性。

候选基因功能预测
3个候选基因分别编码α-法尼烯合成酶(LOC107765628)、未表征蛋白(LOC107776276)和四氢大麻酚酸合成酶样蛋白(LOC107807513)。GO富集显示其参与倍半萜代谢和氧化还原过程，KEGG通路涉及倍萜类生物合成。

讨论与意义
该研究首次在烟草中通过大规模WGRS结合GWAS鉴定株高相关基因，揭示了烟草种质复杂的遗传背景和杂交历史。发现的候选基因可能通过调控萜类代谢影响株高，为分子设计育种提供了新靶点。研究建立的SNP数据库和遗传分析方法，将加速烟草抗逆性和产量相关性状的遗传改良。