基于全基因组重测序揭示哈萨克斯坦大豆种质资源遗传多样性及其全球育种策略

本研究通过全基因组重测序(WGRS)技术对694份大豆种质(含哈萨克斯坦地方品种)进行80,971个SNP标记分析，揭示了哈萨克斯坦大豆种质与欧美品种的遗传相似性及其遗传基础狭窄的问题。研究人员发现野生大豆(G. soja)具有最高遗传多样性(Shannon指数I=0.626)，而哈萨克斯坦栽培种遗传多样性最低(PIC=0.225)。研究提出通过引入东亚地方种质和野生资源拓宽遗传基础，为哈萨克斯坦大豆育种提供双重策略。成果发表于《BMC Genomics》，对温带地区大豆适应性育种具有重要指导意义。

　　

在全球粮食安全与植物蛋白需求持续增长的背景下，大豆(Glycine max)作为重要经济作物面临严峻的遗传多样性挑战。特别是在哈萨克斯坦等新兴产区，大豆种植面积十年间从7.1万公顷激增至20万公顷，但遗传资源利用效率低下制约着品种改良进程。更令人担忧的是，历史育种实践导致的遗传瓶颈效应使得哈萨克斯坦大豆种质与全球资源相比呈现显著的遗传同质化现象。这种"基因库萎缩"不仅限制产量提升潜力，更使作物应对气候变化和生物胁迫的能力变得脆弱。

为破解这一困局，Alibek Zatybekov团队联合国际研究人员开展了一项开创性研究。通过对涵盖全球534个现代品种、66份中国地方种和94份野生大豆(G. soja)的694份种质进行全基因组重测序(WGRS)，研究团队获得80,971个高质量单核苷酸多态性(SNP)标记。这些数据如同遗传密码的放大镜，首次清晰呈现了哈萨克斯坦大豆在全球化背景下的遗传定位。

关键技术路线包含三大支柱：采用Illumina HiSeq X Ten平台完成252份新样本测序，整合NCBI数据库442份样本数据；基于Glycine max Wm82.a2.v1参考基因组，通过BWA-GATK-SAMtools流程进行变异检测；运用STRUCTURE、PCA和AMOVA等多维分析方法解析群体结构。样本队列特别包含31份哈萨克斯坦核心种质，为区域适应性研究提供关键材料。

研究结果呈现四大核心发现：

1. 1.

   遗传多样性格局

   SNP非均匀分布于20条染色体，18号染色体密度最高(5,834个/Mb)，11号最低(2,957个/Mb)。野生种质展现压倒性优势：有效等位基因数(Ne=1.726)和Shannon指数(I=0.626)均为栽培种2倍。哈萨克斯坦种质则呈现"遗传贫困"现象，多态性信息含量(PIC=0.225)和核苷酸多样性(π=0.227)均为各组最低。

2. 2.

   群体分化特征

   AMOVA显示87.69%变异存在于群体内部。F_ST分析揭示哈萨克斯坦与欧洲(0.011)、北美(0.022)种质遗传分化最小，而与野生种分化显著(0.245)。

   
   直观显示哈萨克斯坦种质与欧洲品种聚类重叠，印证历史育种材料交流。
3. 3.

   进化过渡桥梁

   系统发育树和单倍型网络发现SRR1533211等"过渡基因型"，它们如同遗传学上的"活化石"，连接栽培种与野生种两大分支。

   
   显示GDW075等野生材料意外落入栽培种集群，暗示潜在基因渗透事件。
4. 4.

   区域适应机制

   在600份栽培种分析中，哈萨克斯坦材料与北美品种共聚Kinship Cluster 3，

   
   显示其温带适应性的分子基础。但该集群遗传宽度仅为其他集群的60%，凸显育种选择强度过高。

研究结论提出"双轨制"育种策略：一方面通过引入东亚地方种(如中国东北种质)和野生资源重建遗传多样性库；另一方面精细挖掘现有哈萨克斯坦种质的稀有有利等位基因。这种"开源节流"策略既能解决当前遗传基础狭窄的燃眉之急，又能建立长效的品种改良机制。

该研究的科学价值在于首次从全基因组尺度描绘了中亚大豆的遗传图谱，为理解作物传播的"丝绸之路假说"提供分子证据——哈萨克斯坦种质确实保留了中国东北祖先的遗传印记，但现代育种实践使其更趋近欧美血统。实践意义上，研究指明野生大豆资源库中GDW033等材料可作为抗逆性改良的"基因捐献者"，而中国地方种GDL015等则是提升品质性状的潜在供体。这些发现为"一带一路"农业合作中的作物改良提供了精准的遗传导航。