杨树重要性状的遗传解析与基因组选择优化研究：生长、木材特性及抗病性的多性状关联分析

本研究通过全基因组关联分析(GWAS)和基因组选择(GS)技术，系统解析了美洲黑杨(P. deltoides)237个种质资源在生长、木材特性、抗病性和叶片形态等10个性状的遗传基础。研究鉴定出69个显著数量性状位点(QTL)及130个候选基因，发现MYB转录因子EVM0007952调控叶片形态、胚胎晚期丰富蛋白EVM0002801影响纤维素含量。创新性地将多性状QTL标记整合至GS模型，使BRR模型预测精度最高提升0.44，为林木分子设计育种提供了新策略。

　　

研究背景与意义

林木育种面临生长周期长、性状遗传复杂等挑战。杨树作为重要经济树种，其生长速度、木材品质和抗病性直接影响林业经济效益。传统育种方法如表型选择需19年周期，而基因组选择(GS)技术可将周期缩短至6年。然而，现有GS模型对多性状协同预测精度不足，且杨树重要性状的遗传调控网络尚未系统解析。这项发表在《Communications Biology》的研究，通过整合全基因组关联分析(GWAS)与GS技术，首次在美洲黑杨中实现了生长-木材-抗病多性状的遗传解析与预测优化。

关键技术方法

研究团队对237份源自美国南部的美洲黑杨种质（30份德州、90份路易斯安那、117份密西西比样本）进行全基因组重测序（平均深度10×），获得685,181个SNP。采用BLINK模型进行GWAS分析（显著性阈值P<1×10^-5），通过基因注释和单倍型分析鉴定候选基因。构建BRR、BayesA和BayesC三种GS模型，比较整合不同显著性水平QTL标记（P<1×10^-2至P<1×10^-5）对预测精度的影响。

研究结果

表型变异分析

测定胸径(DBH)、基本密度(BD)、半纤维素等10个性状，发现黑斑病感染率(BSD)变异系数最高达73.49%，半纤维素最低仅4.86%。窄义遗传力分析显示半纤维素遗传贡献率达92.8%，而木质素仅6.23%。相关性分析揭示BD与DBH显著负相关(r=-0.39)，木质素与纤维素含量极显著负相关(r=-0.66)。

QTL鉴定与基因功能

通过GWAS鉴定69个显著QTL，包括4个DBH相关、8个BD相关及9个BSD相关位点。染色体1上发现调控叶面积(LA)、叶长(LL)、叶宽(LW)的共定位QTL，其候选基因EVM0007952为MYB转录因子。纤维素相关QTL chr2_6037140的单倍型Hap002比Hap001纤维素含量高1.5%，而BSD相关基因EVM0030857（尿苷核苷酶）的Hap003比Hap001病斑减少8.43%。

基因组选择优化

BRR模型整合P<1×10^-3显著性QTL标记时预测精度最优，DBH预测精度从0.15提升至0.52，BSD从0.41提升至0.52。比较显示BRR模型在所有性状预测中均显著优于BayesA和BayesC（P<0.05）。

结论与展望

该研究首次在美洲黑杨中建立多性状QTL-GS整合模型，揭示MYB转录因子和胚胎晚期丰富蛋白等关键基因的调控作用。通过将GWAS鉴定的QTL作为随机效应纳入GS模型，使BRR模型预测精度最高提升73%，为缩短林木育种周期提供新范式。未来可结合基因编辑技术对EVM0002801等候选基因进行功能验证，进一步推动杨树分子设计育种进程。