以單倍型為主導的新方法可提高小麥育種精準度
2021/03/08 @國際
摘要
為因應全球人口增加，糧食生產方式也必須持續不斷進步，現行的育種方法雖然方便但仍有許多不足之處，英國約翰英納斯中心的研究員開發了一種全新單倍型主導方式來改善小麥育種精準度，該方法使用15個小麥品系的基因組來識別遺傳多樣性，用嚴格的標準來辨別相同組態的單倍型區塊，並將它們從近乎相同的序列（〜99.95％相似性）中區分開來。結果顯示每個品系與其他測序品種共享約59％的基因組，研究員成功地透過此方法從地方品系中發現了新的單倍型區域，並記錄了其於小麥中優化性狀的潛力，而這項研究為定義和運用單倍型技術提高小麥育種效率和精確度提供了一個基礎架構。
示意圖
糧食生產力必須以前所未有的速度增加，才得以滿足全球不斷增長的人口需求，而自然遺傳變異在提高作物生產力的改良上發揮著關鍵作用，儘管目前的基因組技術可以高通量的進行遺傳變異鑑定，但仍然缺乏具專一性和系統化且能有效地利用這種遺傳潛力的方法。
英國約翰英納斯中心(John Innes)的小麥研究人員正在發展一項新技術，有望改善全球重要糧食作物的遺傳基因發現方法，並在《自然》(Nature)雜誌上發表，透過10+小麥基因組計劃(10+ Wheat Genome Project)所定義的15個麵包小麥（Triticum aestivum）品系共享之單倍型區塊研究成果。作物育種通常會依據所需的性狀來作遺傳變異組合，但有部分遺傳基因會在世代之間維持不變，而這些很少在基因重組中被破壞的基因區塊被稱為單倍型區塊(haplotype blocks)，這是育種者在作物之間進行選擇和切換用以建立新作物品系的單位，而當前育種者所使用的平台不具備分辨單倍型區塊所需的能力，這將會導致不正確的育種決策。
為了說明這種單倍型主導方法於作物改良中的應用，科學家們專一的研究了小麥基因組6A染色體上的特定區域，在透過詳細的遺傳研究和大規模的田間試驗後，他們表明英國育種者正在嘗試於完整6A染色體單倍型中保留多個基因來最大程度的表現所需目標性狀，如產量和開花時間等。但考量到6A染色體有較低的多樣性，研究員們在未經現代育種流程的本土小麥品系中測試了單倍型方法，來進行發掘並引入新的單倍型區塊，在結合單倍型相關知識、遺傳學和田間試驗後，於地方小麥品系中發現了三種在英國環境下與改良生產性狀有關的新穎單倍型區域，由於這些區塊在現有胚質(germplasm)中不存在，因此它們代表了新穎的遺傳變異，可以透過現代基因組學工具針對改良優秀品種的產量。
論文主要作者表示，我們用嚴謹的標準將這些品系中共有的單倍型區域與近乎相同的序列區域分隔開，是因為嚴格性對作物改良來說非常重要，而育種過程有望透過此單倍型育種方式提高精準度和效率。而為了使讀者、科學家和育種者更容易了解其研究成果，研究團隊開發了一個全新的單倍型視覺化網站於www.crop-haplotypes.com。【延伸閱讀】生物營養強化技術使小麥更健康
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