基于SNP和KASP标记的小麦核心种质遗传多样性评估及农艺性状预测系统构建

本研究针对现代小麦育种中遗传多样性下降的瓶颈问题，通过SNP和KASP标记技术对397份全球小麦核心种质进行群体结构和遗传多样性分析。研究发现近十年培育品种的遗传多样性显著高于早期品种和地方种质，并成功建立可解释52.7%抽穗期变异和42.9%千粒重变异的KASP标记预测系统，为小麦育种提供了新型分子工具。

　　

小麦作为全球最重要的粮食作物之一，其育种历程伴随着人类文明发展。然而现代育种过程中对高产和早熟性状的定向选择，导致小麦遗传多样性严重流失——美国、印度等地在20世纪70年代曾因此爆发大规模病虫害，造成粮食安全危机。更令人担忧的是，90年代后小麦单产增长陷入停滞，这与基因库狭窄化导致的适应性下降密切相关。面对这一困境，韩国国家农业生物多样性中心的研究团队在《BMC Plant Biology》发表重要成果，通过多组学技术揭示了现代育种中遗传多样性的复苏现象，并开发出高效的性状预测工具。

研究团队采用三大关键技术：1) 从19,698份种质中筛选397份核心种质建立表型数据库；2) 利用198个中性SNP和80个功能KASP标记进行全基因组扫描；3) 结合群体遗传学分析(Tajima'D、F_st等)和性状-基因关联建模。所有材料均来自韩国国家种质库1984-2017年的标准化种植数据，排除了异常气候年份的影响。

核心种质构建

通过PowerCore软件构建的表型代表性群体覆盖了抽穗期、千粒重等37个性状，与原始群体表型频率差异仅7.972%。中性标记筛选采用严格的MAF(0.5-0.95)和HWE(p<0.001)标准，最终获得均匀分布于21条染色体的207个SNP。

小麦遗传多样性

结构分析将种质划分为5个亚群，其中亚群1(欧洲品种)表现出最高多态性(Shannon指数I=0.525)。值得注意的是，近十年培育品种的遗传多样性显著高于早期品种和地方种质(He=0.364 vs 0.352 vs 0.313)，暗示育种者通过远缘杂交引入了新型变异。基因流分析显示亚群间存在广泛遗传渗透，其中亚群4(高千粒重组)与亚群2的基因交流最为活跃。

驯化选择热点

全基因组扫描发现Vrn-A1(春化基因)和GW2-6B(粒重基因)所在区间受到强烈选择(|Tajima'D|>2)。特别是PRR-A1(光周期响应基因)在欧洲亚群中呈现显著选择信号，与其高纬度生长环境相适应。单倍型分析显示TaGS-D1a等优异等位基因在亚洲品种中频率更高，揭示了地理适应性分化。

性状预测系统

建立的KASP标记预测系统包含6个抽穗期相关标记和7个千粒重标记。其中Vrn-A1单倍型可解释16.7天的抽穗期变异，而TaGS-D1单倍型导致8.7g的粒重差异。系统预测值与实测值的Spearman相关性分别达0.527和0.429，理论遗传力(H²)分别为0.717和0.839。

这项研究首次证实现代育种通过引入野生近缘种质，成功逆转了小麦遗传多样性下降的趋势。建立的KASP预测系统可直接应用于育种实践：用户只需对目标材料进行标记分型，即可通过叠加单倍型效应值快速预测性状表现。该成果不仅为突破小麦产量瓶颈提供了新思路，其"监测-预测-利用"三位一体的研究范式也为其他作物遗传资源评估提供了范例。特别值得注意的是，研究中发现的高分化区间(如7D染色体上的GW2-6B)可能含有尚未挖掘的优异等位基因，这将成为未来小麦育种的重要靶点。