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为解决甘薯纤维含量遗传机制不明的问题，研究人员开展甘薯纤维含量的全基因组关联研究（GWAS）。他们鉴定出 7 个显著单核苷酸多态性（SNP）和 4 个候选基因，为甘薯纤维优化育种提供资源，具有重要意义。
在健康饮食备受关注的当下，膳食纤维因其对人体健康的诸多益处而愈发受到重视。甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）作为一种重要的根类作物，富含膳食纤维。适量的膳食纤维有助于降低代谢和胃肠道疾病风险，但过多的膳食纤维却会影响甘薯的口感，降低消费者的喜爱度。可令人遗憾的是，甘薯中膳食纤维含量的遗传机制一直如同迷雾，尚未被人类完全揭开。这不仅阻碍了培育口感与营养兼具的甘薯品种，也限制了甘薯在食品领域的进一步开发利用 。为了打破这一困境，韩国农村振兴厅作物与食品科学研究所（National Institute of Crop and Food Science, RDA）价值作物研究所的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究 。他们通过全基因组关联研究（Genome-wide association study，GWAS），致力于找出与甘薯纤维含量相关的基因组区域和候选基因。这项研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为甘薯遗传研究和品种改良开辟了新道路 。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对 140 个甘薯基因型进行种植，在特定时间收获贮藏根用于纤维含量评估。在基因分析方面，利用改良的十六烷基三甲基溴化铵法提取甘薯叶片基因组 DNA ，通过基因分型测序（Genotyping-by-sequencing，GBS）技术进行基因分型，并运用多种软件对测序数据进行处理和筛选，获得高质量单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism，SNP）数据 。同时，运用群体结构分析和 GWAS，分别使用 STRUCTURE 软件和 GAPIT 工具中的 FarmCPU、BLINK 模型进行分析，最后通过实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）对候选基因表达进行分析 。
表型分布：纤维含量差异显著
研究人员测定了 140 个甘薯基因型贮藏根的纤维含量，结果令人惊讶，不同基因型间的纤维含量差异极大。含量范围从最低的 24.00mg/100g（IT232029）到最高的 426.67mg/100g（IT258182），平均含量为 124.80mg/100g，标准差达 80.70mg/100g 。这种显著的差异表明，甘薯纤维含量在遗传上具有多样性，为后续研究提供了丰富的素材 。
群体结构：分为三个亚群
通过对筛选后的 20,899 个高质量 SNP 进行群体结构分析，研究人员发现这些甘薯基因型可分为三个亚群 。其中，亚群 I 包含 34 个基因型，多为韩国的育种系或品种；亚群 II 占比最大，有 69 个基因型，主要来自亚洲国家；亚群 III 有 37 个基因型，多分离自韩国或中国台湾地区 。值得注意的是，亚群 III 的纤维含量显著低于亚群 I 和亚群 II，这暗示着不同地理来源和育种方向可能对甘薯纤维含量产生影响 。
GWAS 分析：确定关键 SNP
利用 FarmCPU 和 BLINK 模型对 20,899 个 SNP 进行 GWAS 分析，研究人员发现了多个与纤维含量显著相关的 SNP 。其中，位于 7 号染色体（Iba_chr07a_20294133）和 12 号染色体（Iba_chr12a_38616338）上的两个 SNP 在两种模型中均被检测到 。进一步分析发现，部分 SNP 不同等位基因的基因型间纤维含量存在显著差异，如 Iba_chr01a_17621178 位点携带 A 等位基因的基因型纤维含量显著高于携带 G 等位基因的基因型 。这表明这些 SNP 有望成为调控甘薯纤维含量的关键遗传标记 。
候选基因预测：锁定关键基因
研究人员在显著 SNP 附近 100kb 区域内筛选出 8 个候选基因，并对低纤维基因型（IT232029）和高纤维基因型（IT258195 和 IT327288）在不同时间点进行纤维含量评估和基因表达分析 。结果显示，IbANT1（腺嘌呤核苷酸转运蛋白 BT1）、IbCYP86B1（细胞色素 P450 86B1）、IbSCR3（稻草人样蛋白 3）和 IbFER（FERONIA 受体样激酶）这 4 个基因在高纤维基因型中的表达始终高于低纤维基因型 。这些基因分别参与了木栓质生物合成、细胞壁重塑和代谢调控等过程，暗示它们在甘薯纤维积累中发挥着重要作用 。
在研究结论与讨论部分，此次研究成功鉴定出与甘薯纤维含量相关的 7 个显著 SNP 和 4 个候选基因 。其中，3 个 SNP 在纯合等位基因间表现出显著的表型差异，为开发纤维含量调控的选择标记提供了可能 。4 个候选基因在高纤维基因型中显著上调表达，为揭示甘薯纤维积累的分子机制提供了重要线索 。然而，研究也存在一些局限性，如实验仅在单一地点进行，未考虑等位基因剂量，遗传资源多样性有限等 。尽管如此，这项研究仍是甘薯纤维含量遗传研究领域的重要突破，为通过标记辅助选择培育纤维含量优化的甘薯品种奠定了坚实基础 ，未来进一步的研究有望克服这些局限，推动甘薯遗传改良取得更大进展 。
