中国科学院植物研究所研究员刘永秀与合作者通过对全球545份小麦种质资源进行全基因组关联分析，系统解析了种子休眠与种子大小之间相关性的遗传基础。相关研究成果近日发表于《基因组生物学》（Genome Biology）。
小麦驯化及改良过程中，人类长期倾向于选择大粒、易萌发的性状，使得种子休眠在育成品种中普遍减弱，导致小麦在收获期易发生“烂场雨”引发穗发芽灾害，造成重大损失。适度的种子休眠可显著降低穗发芽风险，提高作物在多变气候下产量和品质的稳定性。因此，如何打破“大粒”与“弱休眠”之间的遗传连锁，培育出兼具大粒和适度休眠的理想品种，已成为现代小麦育种中的一大挑战。
刘永秀团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员鲁非团队合作，通过对全球545份小麦种质资源进行全基因组关联分析，系统解析了种子休眠与种子大小之间相关性的遗传基础。数据整合分析显示，在现代小麦育种过程中，控制种子增大的优异等位基因被优先选择的同时，增强休眠性的优异等位基因却逐渐丢失。与地方品种相比，育成品种中“大粒”相关基因的频率显著上升，而“强休眠”相关基因的频率则明显下降。随着育种年代的推进，这一趋势愈加明显，现代品种中“大粒”基因越来越多，而“强休眠”基因则日益稀少，导致两个性状之间呈现出显著的遗传负相关。
研究团队深入探讨了造成这种拮抗效应的主要遗传机制：基因的“一因多效”和基因组区域的“拮抗连锁”效应。单倍型关联分析发现多个基因同时与种子休眠和大小性状显著相关。功能验证表明，Tamyb10和TaGW2正调控种子休眠，但负调控种子大小。此外，研究鉴定出66个同时与种子大小和休眠性状相关的基因组区域，多数区域表现出拮抗效应。在这些区域中，控制大粒和弱休眠的基因紧密连锁，形成难以分离的“基因块”。研究也发现了3个可同时改善种子休眠和种子大小的重叠区域，显示出协同改良的潜力。
该研究首次在全基因组尺度上揭示了小麦种子休眠与种子大小性状之间的遗传拮抗基础，挖掘出了多个关键基因和稀有协同位点，并开发了相应的分子标记。这些成果不仅为理解作物驯化与改良提供了新视角，也为未来设计育种、打破性状间的负向关联实现性状协同改良提供了理论依据和遗传资源。
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https://doi.org/10.1186/s13059-025-03770-9
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