核心種質(zhì)是種質(zhì)資源的一個核心子集，以最少數(shù)量的遺傳資源最大限度地保存整個資源群體的遺傳多樣性。對種質(zhì)資源進(jìn)行核心種質(zhì)鑒定不僅可以作為種質(zhì)資源群體研究和利用的切入點，提高整個種質(zhì)庫的管理和利用水平，還能有重點地進(jìn)行優(yōu)異種質(zhì)的研究，結(jié)合GWAS分析、遺傳進(jìn)化分析、QTL定位、特有標(biāo)記開發(fā)等方法進(jìn)一步進(jìn)行基因的挖掘與克隆，提高種質(zhì)資源的利用效率。本期精選發(fā)表的核心種質(zhì)構(gòu)建與應(yīng)用文章，包含水稻、大麥、高粱、黃瓜、辣椒多種物種，包含GWAS、遺傳進(jìn)化等應(yīng)用方向，提供核心種質(zhì)鑒定應(yīng)用的研究思路。
（1）大麥種質(zhì)資源遺傳多樣性[1]
Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection
基因庫儲存來自世界各地的農(nóng)作物品種、地方品種和野生近緣種的樣本，以保護(hù)我們的農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)，并開發(fā)用于未來作物改良。位于Gatersleben的IPK研究所的德國聯(lián)邦異地基因庫是擁有世界上最全面的栽培植物收集品的地方之一，包括22,000多個大麥種子樣本。本研究對種質(zhì)庫中22,626份庫存大麥種質(zhì)資源進(jìn)行單株基因分型，得到了171,263個SNP位點，通過PCA和ADMIXTURE群體結(jié)構(gòu)分析全球馴化大麥的種群結(jié)構(gòu)，并檢測到這些材料之間存在33%的重復(fù)比例。該研究大樣本量的SNP標(biāo)記為全基因組關(guān)聯(lián)分析提供了強大的基礎(chǔ)。進(jìn)一步檢測了大麥基因庫的已報道和新的潛在形態(tài)位點，找到了大麥和水稻中無倒刺芒趨同選擇的證據(jù)，同時在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基因型數(shù)據(jù)和目錄性狀數(shù)據(jù)的整合平臺，并依托種質(zhì)資源目錄性狀數(shù)據(jù)實現(xiàn)了質(zhì)量性狀新基因發(fā)掘。本研究不僅為各類庫存農(nóng)作物種質(zhì)資源的高效保藏和多樣性種質(zhì)的國際交流提供了借鑒，也為開展基于基因型的大樣本核心種質(zhì)構(gòu)建、精準(zhǔn)鑒定和深度研究提供了思路。
全球Genebank中大麥遺傳多樣性
（2）辣椒種質(zhì)全球范圍擴(kuò)張史[2]
Global range expansion history of pepper (Capsicum spp.) revealed by over 10,000 genebank accessions
基因庫收集和保存大量植物和詳細(xì)的護(hù)照信息，目的是保護(hù)遺傳多樣性以進(jìn)行保護(hù)和育種。此類集合的遺傳表征有可能闡明重要作物的遺傳歷史，使用標(biāo)記-性狀關(guān)聯(lián)來鑒定感興趣性狀的位點，尋找正在進(jìn)行選擇的位點，并通過識別分類錯配和重復(fù)為基因庫管理作出貢獻(xiàn)。本研究通過GBS測序?qū)碜匀蚧驇斓?0,038個辣椒 (Capsicum spp.) 種質(zhì)進(jìn)行基因分型，并調(diào)查了這種標(biāo)志性主食的近期歷史。基于SNP數(shù)據(jù)計算了identity-by-state (IBS) 比例，在基因庫內(nèi)和基因庫之間檢測到多達(dá) 1,618 個重復(fù)種質(zhì)。進(jìn)一步深入分析了常見食用辣椒的遺傳多樣性以調(diào)查其歷史，發(fā)現(xiàn)在全球廣泛地區(qū)收集的辣椒種類有很大的重疊。GWAS分析和選擇清除分析發(fā)現(xiàn)辣椒性狀，如刺激性，這些性狀在全球分布不均勻，表明人類偏好對馴化辣椒的遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了主要影響。
全球Genebanks中的辣椒多樣性
（3）3004份水稻核心種質(zhì)開發(fā)[3]
Designing a Mini-Core Collection Effectively Representing 3004 Diverse Rice Accessions
遺傳多樣性為植物育種和遺傳研究奠定了基礎(chǔ)。3K水稻基因組 (3KRG) 項目對3000多個水稻基因組進(jìn)行了測序。本研究新增了四個印度水稻品種以創(chuàng)建一個包含3004個水稻品種的群體。但是如此多的種質(zhì)資源難以保存和評估。構(gòu)建核心和微核心種質(zhì)是遺傳資源管理的有效方法。因此，本研究開發(fā)了一個包含 520 個種質(zhì)的微核心種質(zhì)集，它捕獲了大部分SNP并代表了原始種質(zhì)資源群體中的所有表型和地理區(qū)域。微核心種質(zhì)集使用不同的統(tǒng)計分析進(jìn)行了驗證，并包含來自所有主要水稻的代表，包括粳稻、秈稻、aus/boro 和印度香米等。微核心種質(zhì)集的全基因組關(guān)聯(lián)分析有效地復(fù)現(xiàn)了原始群體中確定的標(biāo)記-性狀關(guān)聯(lián)。單倍型分析驗證了微核心種質(zhì)集的實用性。本研究中開發(fā)的水稻微核心種質(zhì)集對于農(nóng)藝性狀評估和通過標(biāo)記輔助分子育種進(jìn)行的水稻改良具有重要價值。
水稻原始種質(zhì)資源和微核心種質(zhì)集的種群結(jié)構(gòu)分析
（4）黃瓜遺傳多樣性、種群結(jié)構(gòu)、GWAS和核心種質(zhì)開發(fā)[4]
The USDA cucumber (Cucumis sativus L.) collection: genetic diversity, population structure, genome-wide association studies, and core collection development
種質(zhì)資源收集與保存是保護(hù)自然遺傳多樣性的重要資源，同時也是提供優(yōu)異性狀來源的重要資源。本研究使用GBS技術(shù)對美國農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源庫保存的1234個黃瓜種質(zhì) (Cucumis sativus L.)進(jìn)行基因型鑒定。得到了超過23 K的SNP位點，利用這些SNP標(biāo)記對黃瓜種質(zhì)的遺傳多樣性、種群結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、連鎖不平衡和種群分化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)黃瓜主要分為三個亞群，分別是黃瓜起源地南亞亞群、東亞亞群和其他地區(qū)的品種形成的亞群，并且不同亞群之間的連鎖不平衡指數(shù)（LD）、核苷酸多樣性（π）以及群體分化指數(shù)（Fst）都存在明顯的差異。還通過全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS) 確定了與 13 個性狀相關(guān)的SNP位點。最后，開發(fā)了一個包含 395 種材料的核心種質(zhì)集，代表了96%的遺傳變異。這些核心種質(zhì)資源對黃瓜優(yōu)異基因資源的利用和黃瓜基因組的深度解析提供了數(shù)據(jù)支持。
黃瓜核心種質(zhì)開發(fā)與評估
（5）埃塞俄比亞高粱種質(zhì)鑒定[5]
A comprehensive phenotypic and genomic characterization of Ethiopian sorghum germplasm defines core collection and reveals rich genetic potential in adaptive traits
了解作物的種群遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性對于設(shè)計植物育種的選擇策略至關(guān)重要。本研究對大約2010份埃塞俄比亞高粱種質(zhì)在多個地點進(jìn)行了不同性狀的表型鑒定，并且對其中1628個種質(zhì)，主要是地方品種、一些改良品種和近交系，進(jìn)行了基因分型。表型數(shù)據(jù)顯示，埃塞俄比亞高粱種質(zhì)中重要性狀與不同的農(nóng)業(yè)氣候地區(qū)相關(guān)，遺傳多樣性高，且存在罕見的自然變異。隨后的基因型分析確定了每個高粱品種的最佳亞群數(shù)、不同的聚類群和祖先。為提高種質(zhì)資源的利用率，在聚類分析的基礎(chǔ)上，通過基因型的后驗分組和數(shù)量性狀的分層隨機采樣，篩選出387個核心種質(zhì)集。進(jìn)一步對篩選出的核心種質(zhì)集進(jìn)行了評估。此外，通過基因組-環(huán)境關(guān)聯(lián)分析，確定了與非生物因子適應(yīng)相關(guān)的候選基因，這對開發(fā)不同環(huán)境的適應(yīng)潛力具有重要意義。本研究描述了高粱收集的多樣性和關(guān)系、已開發(fā)核心的代表性，并為與非生物脅迫耐受性相關(guān)的候選基因提供了新的見解。
高粱種質(zhì)遺傳多樣性
百邁客助力種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定
基于以上文獻(xiàn)，我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，基于基因型鑒定來篩選核心種質(zhì)，利用高分辨率的分子標(biāo)記類型，是提高遺傳材料內(nèi)及材料間遺傳相似度和雜合度的鑒別的有效手段，更加有利于核心種質(zhì)的構(gòu)建。百邁客致力于將好的技術(shù)提供給科研人員，為推動種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定，可提供大樣本量種質(zhì)資源全基因組重測序與SLAF簡化基因組測序服務(wù)，進(jìn)一步可進(jìn)行核心種質(zhì)鑒定、DNA指紋圖譜構(gòu)建等分析，詳情可聯(lián)系當(dāng)?shù)劁N售經(jīng)理/技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)
[1] Milner SG, Jost M, Taketa S, et al. Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection. Nat Genet. 2019;51(2):319-326.
[2] Tripodi P, Rabanus-Wallace MT, Barchi L, et al. Global range expansion history of pepper (Capsicum spp.) revealed by over 10,000 genebank accessions. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021;118(34):e2104315118.
[3] Kumar A, Kumar S, Singh KBM, et al. Designing a Mini-Core Collection Effectively Representing 3004 Diverse Rice Accessions. Plant Commun. 2020;1(5):100049.
[4] Wang X, Bao K, Reddy UK, et al. The USDA cucumber (Cucumis sativus L.) collection: genetic diversity, population structure, genome-wide association studies, and core collection development. Hortic Res. 2018;5:64.
[5] Girma G, Nida H, Tirfessa A, et al. A comprehensive phenotypic and genomic characterization of Ethiopian sorghum germplasm defines core collection and reveals rich genetic potential in adaptive traits. Plant Genome. 2020;13(3):e20055.
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