核心種質是種質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。對種質資源進行核心種質鑒定不僅可以作為種質資源群體研究和利用的切入點，提高整個種質庫的管理和利用水平，還能有重點地進行優(yōu)異種質的研究，結合GWAS分析、遺傳進化分析、QTL定位、特有標記開發(fā)等方法進一步進行基因的挖掘與克隆，提高種質資源的利用效率。本期精選發(fā)表的核心種質構建與應用文章，包含水稻、大麥、高粱、黃瓜、辣椒多種物種，包含GWAS、遺傳進化等應用方向，提供核心種質鑒定應用的研究思路。

（1）大麥種質資源遺傳多樣性[1]

Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection

基因庫儲存來自世界各地的農作物品種、地方品種和野生近緣種的樣本，以保護我們的農業(yè)遺產，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。本研究對種質庫中22,626份庫存大麥種質資源進行單株基因分型，得到了171,263個SNP位點，通過PCA和ADMIXTURE群體結構分析全球馴化大麥的種群結構，并檢測到這些材料之間存在33%的重復比例。該研究大樣本量的SNP標記為全基因組關聯(lián)分析提供了強大的基礎。進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)，同時在此基礎上構建了基因型數(shù)據(jù)和目錄性狀數(shù)據(jù)的整合平臺，并依托種質資源目錄性狀數(shù)據(jù)實現(xiàn)了質量性狀新基因發(fā)掘。本研究不僅為各類庫存農作物種質資源的高效保藏和多樣性種質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構建、精準鑒定和深度研究提供了思路。

全球Genebank中大麥遺傳多樣性

（2）辣椒種質全球范圍擴張史[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的護照信息，目的是保護遺傳多樣性以進行保護和育種。此類集合的遺傳表征有可能闡明重要作物的遺傳歷史，使用標記-性狀關聯(lián)來鑒定感興趣性狀的位點，尋找正在進行選擇的位點，并通過識別分類錯配和重復為基因庫管理作出貢獻。本研究通過GBS測序對來自全球基因庫的10,038個辣椒 (Capsicum spp.) 種質進行基因分型，并調查了這種標志性主食的近期歷史?；赟NP數(shù)據(jù)計算了identity-by-state (IBS) 比例，在基因庫內和基因庫之間檢測到多達 1,618 個重復種質。進一步深入分析了常見食用辣椒的遺傳多樣性以調查其歷史，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構產生了主要影響。

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。3K水稻基因組 (3KRG) 項目對3000多個水稻基因組進行了測序。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。但是如此多的種質資源難以保存和評估。構建核心和微核心種質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 個種質的微核心種質集，它捕獲了大部分SNP并代表了原始種質資源群體中的所有表型和地理區(qū)域。微核心種質集使用不同的統(tǒng)計分析進行了驗證，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。微核心種質集的全基因組關聯(lián)分析有效地復現(xiàn)了原始群體中確定的標記-性狀關聯(lián)。單倍型分析驗證了微核心種質集的實用性。本研究中開發(fā)的水稻微核心種質集對于農藝性狀評估和通過標記輔助分子育種進行的水稻改良具有重要價值。

水稻原始種質資源和微核心種質集的種群結構分析

（4）黃瓜遺傳多樣性、種群結構、GWAS和核心種質開發(fā)[4]

The USDA cucumber (Cucumis sativus L.) collection: genetic diversity, population structure, genome-wide association studies, and core collection development

種質資源收集與保存是保護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技術對美國農業(yè)部種質資源庫保存的1234個黃瓜種質 (Cucumis sativus L.)進行基因型鑒定。得到了超過23 K的SNP位點，利用這些SNP標記對黃瓜種質的遺傳多樣性、種群結構、系統(tǒng)發(fā)育關系、連鎖不平衡和種群分化進行分析，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。還通過全基因組關聯(lián)研究 (GWAS) 確定了與 13 個性狀相關的SNP位點。最后，開發(fā)了一個包含 395 種材料的核心種質集，代表了96%的遺傳變異。這些核心種質資源對黃瓜優(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。

黃瓜核心種質開發(fā)與評估

（5）埃塞俄比亞高粱種質鑒定[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構和多樣性對于設計植物育種的選擇策略至關重要。本研究對大約2010份埃塞俄比亞高粱種質在多個地點進行了不同性狀的表型鑒定，并且對其中1628個種質，主要是地方品種、一些改良品種和近交系，進行了基因分型。表型數(shù)據(jù)顯示，埃塞俄比亞高粱種質中重要性狀與不同的農業(yè)氣候地區(qū)相關，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。為提高種質資源的利用率，在聚類分析的基礎上，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個核心種質集。進一步對篩選出的核心種質集進行了評估。此外，通過基因組-環(huán)境關聯(lián)分析，確定了與非生物因子適應相關的候選基因，這對開發(fā)不同環(huán)境的適應潛力具有重要意義。本研究描述了高粱收集的多樣性和關系、已開發(fā)核心的代表性，并為與非生物脅迫耐受性相關的候選基因提供了新的見解。

高粱種質遺傳多樣性

百邁客助力種質資源精準鑒定

基于以上文獻，我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著高通量測序技術的不斷發(fā)展，基于基因型鑒定來篩選核心種質，利用高分辨率的分子標記類型，是提高遺傳材料內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的構建。百邁客致力于將好的技術提供給科研人員，為推動種質資源精準鑒定，可提供大樣本量種質資源全基因組重測序與SLAF簡化基因組測序服務，進一步可進行核心種質鑒定、DNA指紋圖譜構建等分析，詳情可聯(lián)系當?shù)劁N售經(jīng)理/技術支持。

參考文獻

[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.