四倍体盆栽香石竹关键观赏性状的GWAS及基因组预测研究

《BMC Plant Biology》：Genome-wide association studies and genomic prediction for key ornamental traits in tetraploid pot carnation

　　

摘要

背景

香石竹（Dianthus caryophyllus L.）是世界上最重要的商品观赏作物之一。与许多观赏植物类似，基因组选择尚未被广泛用作香石竹的育种工具。此外，多倍体香石竹品种的广泛开发和商业化使其基因组研究尤为重要。在本研究中，我们利用全基因组关联研究（GWAS）研究了四倍体盆栽香石竹多样性群体中关键观赏性状的遗传结构，并评估了基因组预测在该群体中用于观赏性状改良的潜力。在基因组预测方面，我们评估了三种捕捉不同等位基因剂量信息的SNP标记编码方式：伪二倍体编码、四倍体加性剂量编码，以及同时考虑加性和非加性遗传效应的编码。此外，我们还通过将得分最高的GWAS标记作为固定效应拟合到基因组预测模型中，进行了GWAS辅助的基因组预测。

结果

通过GWAS，我们鉴定了与所研究的八个性状中七个性状相关的潜在基因组兴趣区域。基因组预测在不同性状和编码方式下实现了中等到高的预测准确度，开花相关性状（早花性、花朵充实度、花朵数量和花朵大小）的平均准确度范围为0.54至0.82，而植株构型性状（分枝性、株型、株高和生长势）的平均准确度范围为0.39至0.48。将得分最高的GWAS标记作为固定效应拟合，仅对八个性状中的三个（早花性、花朵充实度和分枝性）提供了适度的预测准确度提升（最高达0.03），而在三种编码方式下，其余性状均无改善。

结论

这些发现拓展了对关键观赏性状遗传基础的认识，并证实了基因组选择在四倍体盆栽香石竹育种中的潜力。