通过全基因组关联研究揭示大麦（Hordeum vulgare L.）抗旱性的遗传结构

《Molecular Genetics and Genomics》：Genetic architecture of drought resilience in barley (Hordeum vulgare L.) revealed by genome-wide association study

干旱胁迫对全球大麦生产构成重大威胁，本研究通过GWAS分析不同干旱历史处理下的多代数据，发现连续干旱能有效提升产量稳定性和防御响应，而干旱 priming（ priming）在第二代遗传增益最显著。基因组定位显示4H、5H、6H、7H染色体存在高显著关联热点，关键SNP如chr4H:439308083和chr7H:493258982具有多效性。候选基因包括蛋白激酶（MAPKs/SnRKs/CDPKs）和醛脱氢酶家族，分别介导 drought signal转导和活性氧清除。这些重复出现的SNP为抗旱育种提供了稳定靶点。

　　

摘要

干旱胁迫是全球大麦（Hordeum vulgare L.）生产的主要限制因素，反复出现且程度不一的干旱事件给产量稳定性带来了挑战。了解不同干旱历史条件下大麦适应干旱的遗传基础对于培育抗逆品种至关重要。本研究采用高密度SNP基因分型技术，在包括对照组以及早代和晚代干旱处理组合在内的多种干旱历史情景下进行了全基因组关联研究（GWAS）。在不同世代中进行的干旱预处理提高了产量和生化性状，其中第二代的表现最为显著；而持续干旱则在产量稳定性和防御反应方面带来了最一致的提升。GWAS在大麦基因组中识别出多个高度显著且稳定的位点，这些位点在4H、5H、6H和7H染色体上存在重复关联热点。一些重要的SNP，如chr4H:439308083:G:A、chr5H:621040118:C:T和chr7H:493258982:C:T，在多种处理条件下影响了多个性状，表明它们具有多效性。候选基因包括蛋白激酶家族成员、醛脱氢酶以及其他参与信号感知、ABA信号传导、渗透调节和氧化应激解毒的应激响应调节因子。蛋白激酶（尤其是MAPKs、SnRKs和CDPKs）可能介导快速高效的干旱信号转导，而醛脱氢酶则有助于在水分不足时持续抵御活性醛类的危害。特定SNP在不同环境条件下的重复出现突显了它们作为潜在育种目标的稳健性。本研究为了解大麦在多变干旱条件下的耐旱性基因组结构提供了新的见解，鉴定出了与应激适应功能相关的关键位点和候选基因。

干旱胁迫是全球大麦（Hordeum vulgare L.）生产的主要限制因素，反复出现且程度不一的干旱事件给产量稳定性带来了挑战。了解不同干旱历史条件下大麦适应干旱的遗传基础对于培育抗逆品种至关重要。本研究采用高密度SNP基因分型技术，在包括对照组以及早代和晚代干旱处理组合在内的多种干旱历史情景下进行了全基因组关联研究（GWAS）。在不同世代中进行的干旱预处理提高了产量和生化性状，其中第二代的表现最为显著；而持续干旱则在产量稳定性和防御反应方面带来了最一致的提升。GWAS在大麦基因组中识别出多个高度显著且稳定的位点，这些位点在4H、5H、6H和7H染色体上存在重复关联热点。一些重要的SNP，如chr4H:439308083:G:A、chr5H:621040118:C:T和chr7H:493258982:C:T，在多种处理条件下影响了多个性状，表明它们具有多效性。候选基因包括蛋白激酶家族成员、醛脱氢酶以及其他参与信号感知、ABA信号传导、渗透调节和氧化应激解毒的应激响应调节因子。蛋白激酶（尤其是MAPKs、SnRKs和CDPKs）可能介导快速高效的干旱信号转导，而醛脱氢酶则有助于在水分不足时持续抵御活性醛类的危害。特定SNP在不同环境条件下的重复出现突显了它们作为潜在育种目标的稳健性。本研究为了解大麦在多变干旱条件下的耐旱性基因组结构提供了新的见解，鉴定出了与应激适应功能相关的关键位点和候选基因。