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在小麦育种中，茎部性状对产量和抗倒伏性至关重要，但相关 QTL 定位存在诸多问题。为此，研究人员开展小麦茎部相关性状的 Meta-QTL 分析研究。结果鉴定出 45 个 MQTLs 等。该研究为小麦茎部遗传研究和分子育种奠定了基础。
小麦，作为全球农业生产的中流砥柱，养活了数十亿人口。随着全球人口的持续增长，到 2050 年，小麦产量需大幅提升 60%，才能满足不断增长的粮食需求。在小麦的生长过程中，茎部扮演着举足轻重的角色。它不仅是支撑叶片和麦穗的 “顶梁柱”，还通过维管束运输水分、矿物质和有机养分，为麦穗的生长提供 “能量源泉”，是保障小麦产量的关键因素。
然而，在小麦的种植过程中，倒伏问题一直是困扰农民和科研人员的难题。倒伏不仅会降低小麦的产量，还会影响其品质。为了减少倒伏的影响，人们曾尝试通过降低植株高度来增强抗倒伏能力，但这又会导致谷物产量下降，可谓 “按下葫芦浮起瓢”。
同时，小麦茎部表型由复杂的数量性状决定，受众多 QTLs / 基因调控。虽然此前已鉴定出一些与茎部性状相关的 QTLs，但这些研究存在诸多缺陷。例如，QTL 定位结果受实验条件、群体类型等多种因素影响，许多 QTLs 的表型变异解释（PVE）值较低，置信区间（CI）较大，难以确定重要的候选基因，这大大限制了标记辅助选择（MAS）在作物育种中的应用。
为了攻克这些难题，来自四川农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们通过对小麦茎部相关性状进行 Meta-QTL 分析，并整合组学数据集，深入探索小麦茎部相关性状的遗传机制。研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为小麦的遗传改良带来了新的曙光。
研究人员开展这项研究时，用到了几个关键技术方法：一是通过 PubMed 和中国知网等数据库收集相关 QTL 研究数据；二是利用 R 包 LPmerge 构建高密度一致性遗传图谱；三是运用 Biomercator v4.2.3 软件进行 QTL 投影和 Meta 分析；四是结合全基因组关联研究（GWAS）验证 MQTLs；五是通过 expVIP 平台获取转录组数据进行基因表达分析；六是利用 WheatUnion 数据库进行单倍型分析。
下面来看具体的研究结果：
- 小麦茎部相关 QTLs 的特征：研究人员共收集到 306 个小麦茎部相关 QTLs，涉及 32 个双亲子代群体。这些 QTLs 在染色体上分布不均，A、B、D 亚基因组分别占比约 30.1%、36.9%、33.0% 。而且，多数 QTLs 的 PVE 值较低，超过 69.97% 的 QTLs 的 CI 大于 10 cM，表明很多是微效 QTL。
- 构建高密度一致性遗传图谱：研究人员将 7 个常用遗传图谱整合，构建出包含 221,599 个标记的高密度一致性遗传图谱。该图谱覆盖基因组全长 10319.86 cM，标记密度平均为 23 个 /cM，为后续分析提供了有力支撑。
- 小麦茎部性状的投影 QTL 和 MQTL：将 306 个单个 QTL 投影到一致性遗传图谱上，成功投影 201 个。经 MQTL 分析，这些初始 QTL 被分类为 45 个 MQTL。MQTL 的平均 CI 比原始 QTL 缩小了 4.50 倍，物理长度范围为 0.97 Mb 至 531.79 Mb，这使得相关标记与 MQTLs 紧密连锁，提高了候选基因预测的准确性。
- MQTLs 与 GWAS-MTAs 的重叠：研究人员将 MQTLs 与之前研究的 GWAS 标记 - 性状关联（GWAS-MTAs）进行比较，发现 31 个物理长度小于 100 Mb 的 MQTLs 中，有 25 个与至少一个 MTA 共定位。这表明这些基因组区域对茎部相关基因的影响受遗传背景限制较小，进一步验证了 MQTL 结果的可靠性。
- 基因表达分析和单倍型分析：研究人员在 5 个核心 MQTL 区域鉴定出 926 个候选基因（CGs），其中 274 个在不同组织中特异性表达，57 个在茎中高表达 。对 TraesCS5B02G236900 进行单倍型分析发现，其 4 种单倍型与茎部节间长度显著相关，暗示该基因在改良茎部性状方面具有重要潜力。
- MQTL 区域中水稻同源基因的小麦同源物：研究人员收集了水稻中控制茎部相关基因的克隆同源基因，发现 77 个水稻基因与茎部相关性状有关，在小麦 MQTL 区域中检测到 91 个这些水稻基因的同源物，这些同源物可能在小麦茎部发育中发挥重要作用。
在讨论部分，研究人员指出，Meta 分析能够更准确地揭示不同遗传背景、群体类型和环境下与目标性状相关的基因组区域。此次研究鉴定出的 MQTLs，缩小了 QTL 的 CI，提高了候选基因预测的准确性和效率。同时，通过与 GWAS 的比较，进一步验证了 MQTLs 的可靠性。研究挖掘出的多个重要基因，如 Rht-D1/Rht1、TaARF12 等，在植物茎部发育、产量和抗病性等方面发挥着关键作用。此外，TraesCS5B02G236900 基因的不同单倍型与茎部节间长度的显著差异，为小麦抗倒伏育种提供了新的靶点。
综上所述，该研究通过全面深入的分析，在高密度一致性图谱上确定了与可靠遗传标记相关的最稳定位点，成功鉴定出 MQTLs、候选基因和优良单倍型。这为进一步研究小麦茎部发育的遗传基础提供了坚实的框架，有力推动了小麦分子育种的发展，有望帮助培育出更高产、更抗倒伏的小麦品种，为全球粮食安全贡献重要力量。
