中國科學院植物研究所研究員劉永秀與合作者通過對全球545份小麥種質資源進行全基因組關聯分析，系統解析了種子休眠與種子大小之間相關性的遺傳基礎。相關研究成果近日發表于《基因組生物學》（Genome Biology）。
小麥馴化及改良過程中，人類長期傾向于選擇大粒、易萌發的性狀，使得種子休眠在育成品種中普遍減弱，導致小麥在收獲期易發生“爛場雨”引發穗發芽災害，造成重大損失。適度的種子休眠可顯著降低穗發芽風險，提高作物在多變氣候下產量和品質的穩定性。因此，如何打破“大粒”與“弱休眠”之間的遺傳連鎖，培育出兼具大粒和適度休眠的理想品種，已成為現代小麥育種中的一大挑戰。
劉永秀團隊聯合中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員魯非團隊合作，通過對全球545份小麥種質資源進行全基因組關聯分析，系統解析了種子休眠與種子大小之間相關性的遺傳基礎。數據整合分析顯示，在現代小麥育種過程中，控制種子增大的優異等位基因被優先選擇的同時，增強休眠性的優異等位基因卻逐漸丟失。與地方品種相比，育成品種中“大粒”相關基因的頻率顯著上升，而“強休眠”相關基因的頻率則明顯下降。隨著育種年代的推進，這一趨勢愈加明顯，現代品種中“大粒”基因越來越多，而“強休眠”基因則日益稀少，導致兩個性狀之間呈現出顯著的遺傳負相關。
研究團隊深入探討了造成這種拮抗效應的主要遺傳機制：基因的“一因多效”和基因組區域的“拮抗連鎖”效應。單倍型關聯分析發現多個基因同時與種子休眠和大小性狀顯著相關。功能驗證表明，Tamyb10和TaGW2正調控種子休眠，但負調控種子大小。此外，研究鑒定出66個同時與種子大小和休眠性狀相關的基因組區域，多數區域表現出拮抗效應。在這些區域中，控制大粒和弱休眠的基因緊密連鎖，形成難以分離的“基因塊”。研究也發現了3個可同時改善種子休眠和種子大小的重疊區域，顯示出協同改良的潛力。
該研究首次在全基因組尺度上揭示了小麥種子休眠與種子大小性狀之間的遺傳拮抗基礎，挖掘出了多個關鍵基因和稀有協同位點，并開發了相應的分子標記。這些成果不僅為理解作物馴化與改良提供了新視角，也為未來設計育種、打破性狀間的負向關聯實現性狀協同改良提供了理論依據和遺傳資源。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1186/s13059-025-03770-9
本文鏈接：小麥種子休眠和種子大小等位基因拮抗選擇的遺傳基礎獲揭示http://www.sq15.cn/show-11-27284-0.html
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