这篇论文详细报告了一项非常重要的研究成果,内容如下：
一、引言
粮食安全面临挑战:世界人口预计在未来30年内增加20亿,对小麦这一重要热量和蛋白质来源的需求将大幅增加。同时,气候变化和地缘政治动荡也威胁着小麦产量。小麦品种改良进度放缓,其中一个重要原因是现代小麦品种遗传多样性已经变窄。
利用地方品种(landrace)资源的重要性：过去,农民依赖适应当地环境的地方品种,这些品种虽然产量较低,但抗逆性强。相比现代品种,地方品种经历了较少的创建瓶颈效应,包含丰富的遗传多样性,可被用于改良现代品种,提高抗性和产量。但由于缺乏充分的基因组信息和相关性状数据支撑,地方品种资源利用受到限制。
二、研究策略和内容
研究群体：利用A.E. Watkins收集的827份小麦地方品种(Watkins)和208份现代品种(Modern wheat)进行全基因组重测序。
群体结构分析：通过种群结构分析,将Watkins划分为7个祖源群体(AG1-AG7),其中AG2和AG5是现代品种的祖先。Watkins包含大量现代品种中不存在的变异。
遗传多样性分析：Watkins独有的SNP、indel和CNV占62%、57%和53%,主要分布在AG1、3、4、6和7中。基于连锁不平衡的单倍型分析发现,Watkins独有的单倍型占69.6%,可为现代品种引入新的染色体段组合。
性状分析：建立73个Paragon x Watkins永育系群体,在10个环境中连续10年对137个性状进行大规模田间表型筛选。通过联合连锁和关联分析,共鉴定出8253个基因型-表型关联(QTL、GWAS和NAM-GWAS)。其中1696个显示可提高现代品种性状的潜力,36%的最显著关联位点位于Watkins独有的单倍型上。
诸性状间关系分析及优良单倍型利用：利用近等基因系(NIL),发现了一些可打破性状间负相关的有益单倍型,如可提高秆高与产量的单倍型。
优良单倍型系统引入：选择127个优选QTL,构建143个含Watkins单倍型的Paragon NIL家系,对44,338个Watkins独有单倍型的效应进行评估。结果显示,这些Watkins单倍型可带来多方面性状改良,包括增产、适应性、营养品质及抗性等。
总之,这项研究系统挖掘了Watkins地方品种的遗传多样性,建立了相关基因组资源和表型数据,为小麦育种提供了丰富的优异单倍型和特异性状改良基因,对于确保粮食安全具有重要意义。