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小麦是世界上最重要的食品作物之一，为人类提供了约20的卡路里和蛋白质来源，其广泛的适应性使其能够在从温带到半干旱地区的各种气候和土壤条件下生长。但是，为了追求高产量，质量和疾病的抗性，现代繁殖通常集中于选择一些优秀的父母，从而导致品种的遗传基础越来越狭窄。尤其是自“绿色革命”以来，以半矮人的品种（例如日本品种“第10号农业”）代表的现代品种已在全球范围内迅速推广，取代了大量遗传多样的局部品种（地）和生态类型，并加剧了遗传多样性的丧失。面对日益严重的气候变化和不断发展的害虫威胁，这种狭窄的遗传背景使小麦特别容易受到伤害。基因库中保存的大量历史种质资源，尤其是沃特金斯（Watkins）等“绿色革命”之前收集的遗传变异，这对于扩大现代繁殖基因库并发现有价值的特征，例如环境适应性和疾病抗性，这具有重要意义。近年来，基因组技术的快速发展为系统评估和利用这些有价值的遗传资源提供了前所未有的机会。

加拿大曼尼托巴省植物科学系的Curt A. McCartney团队发表了一篇研究论文，题为“使用Gene Banks中的加入来增强沃特金斯收藏品中的加入的育种基因池”，在《Theoretical and Applied Genetics》期刊上发表了。该研究使用全基因组重新陈述数据和表型数据来对沃特金斯小麦种质资源库进行深入分析，这些资源库源自先前的“绿色革命”时期，以鉴定与气候适应（例如冬季和春季）和抗锈蚀性（例如锈蚀性，叶子锈，茎锈病，锈蚀锈蚀）相关的GENOSITES和出色的等位基因。通过全基因组扫描和固定指数（FST）分析单核苷酸多态性（SNP）水平，该研究揭示了不同人群之间具有显着遗传分化的关键基因组区域的存在（冬季/春季小麦，局部品种/现代品种/现代品种，疾病耐药/敏感性的品种）。 This study not only verified some known important gene loci (such as Vrn-A1, Lr46/Yr29), but also discovered some new potential breeding targets, and screened out a batch of Watkins germplasm materials carrying favorable alleles and breeding potential, demonstrating feasible ways to combine historical germplasm resource libraries and modern genomic tools to mine excellent genes, enhance wheat breeding diversity, and cultivate environmentally自适应品种。

主要研究结果使用主成分分析（PCA）介绍了沃特金斯种质库中种群的遗传分化模式，以对整个沃特金斯种质库（包括局部品种和品种）及其亚群（当地品种种子和品种种子）进行整个基因组扫描，以捕获主要的遗传分化区域。

全部和局部品种种子子集：在染色体2a和3b上始终检测到强大的遗传分化信号（图1A，B）。基于这些区域中基于SNP的局部PCA分析和系统发育树进一步证实，大多数品种聚集在这两个区域的一个分支中，显然与局部品种区分开来（图2A-C），这表明这些区域可能经过了与品种改善有关的选择。

品种种子集：在品种种子套件中，除2a和3b外，在染色体5a（约110 Mb）和6B（约150-450 MB）上检测到强选择信号（图1C）。这类似于现代繁殖基因库中的共同模式，这表明沃特金斯图书馆中的某些品种可能受到现代早期繁殖的影响。值得注意的是，在沃特金斯库的任何子集中未检测到4A染色体上普遍存在的4A染色体的强烈分化信号，突显了沃特金斯库的独特遗传背景。

7D染色体上的特殊信号：当每个染色体单独扫描时，在7D染色体上发现了大约12.5-13 MB的显着分化区域，该区域在整个种群，局部品种和品种种子浓度中都反映出来（图3A）。该区域包含13个高置信基因，其中5个在多个组织和条件下显着表达（图3B）。这些基因与各种重要特征有关，包括冷耐药性，开花时间，成熟度，谷物特征（密度，大小，形状，体重），淀粉含量和疾病以及抗非生物应激性（表1）。其中，最通用的基因TRAESCS7D02G026700编码ET2/AP2/ERF转录因子，其他三个MYB转录因子（MYB39）也与冷抗性有关。该区域还与RVA晶粒质量指数的峰值粘度有关。这表明7D上的该区域可能是调节小麦适应性和产量特征的重要部位。

图1图2图3分析了沃特金斯文库中冬季和春季小麦之间的冬季和春季小麦之间的遗传分化和自适应基因，总共检测到28个具有FST 0.4的显着分化的SNP位点（图4A，表2）。分化的最重要标记位于4B染色体中。 9个高FST位点集中在5A染色体577-598 MB区域的577-598 MB区域，其中包含已知的关键基因VRN-A1，该基因VRN-A1调节冬季和春季性质。在最高的FST位置上，春季小麦的主要等位基因是冬小麦中的亚效应等位基因，并且等位基因频率往往更固定在春小麦中，这表明春季小麦面临更强的选择压力，可以适应非冬季的环境（图4B）。在VRN-A1基因区域的单倍型分析中，总共确定了58个单倍型，其中HAP1是主要的单倍型（占约53），在世界范围内广泛分布，并且在冬季和弹簧小麦中也存在（图5A，b）。在1A，3A，3A，3D，4A，4A，4B，6B，6B，7B等染色体上仍然发现了对携带HAP1单倍型人群的进一步基因组扫描和高FST站点分析（图5C，图S2），表明除了这些区域中的VRN-A1基因外，这些区域中的基因也可能涉及冬季和春季的环境。例如，4B染色体上的648-660 MB区域包含已知开花抑制剂的VRN-B2基因。 HAP9单倍型仅在春季小麦中发现，主要分布在中国（图5A，b），这可能代表适合特定地理环境的等位基因组合。

图4图5使用沃特金斯库子集的锈表型数据（叶锈，茎锈，条状锈蚀）鉴定与锈蚀相关的位点，以对相应的抗病和感觉组进行SNP-FST分析，以定位抗性基因。

叶锈（LR）：在1A，1B，2A，2B，6B染色体上检测到多个高FST基因座（图6A）。其中，1B染色体上的两个紧密连接的地点（1B:670,543,997和1B3:671,174,440）显示出最高的FST值（0.54），并且该区域已知该区域包含重要的复杂电阻站点LR46/YR29/SR58/SR58/pmr58/pm39。

茎锈（SR）：与叶锈和条状生锈相比，生锈的分化位点较少，并且主要是单个SNP（图6B）。两个最高的FST站点位于5b染色体（5B:558,995,958 FST0.748; 5B33333:63,964,808 FST0.715）中。

条纹生锈（YR）：在多个染色体上检测到显着的分化位点，例如1B，2A，2B，3B，3B，4A，5B，5D（图6C）。最高的FST基因座位于2B:763,926,560（FST0.641），已知该区域包含YR7/YR5/YRSP抗性基因簇。 LR46/YR29基因座（1B:670、137、479和1B:670、543、997）与1B上的叶子生锈有关，也显示出显着的差异。分析了这些高FST位点的等位基因，并发现携带不同等位基因的品种在相应的抗抗抗性表型上具有显着差异，从而证实了这些位点在确定电阻中的作用（图7）。基于前五个最显着的分化位点的抗性基因聚合分析表明，较有利的等位基因，品种的电阻水平越高（图S3）。

图6图7不同人群中出色等位基因的频率分布以及候选种质筛选分析，对不同组（第1-8组）和现代品种的高FST位点的电阻等位基因的频率分布分析，并发现：

叶锈：现代品种的电阻等位基因的频率极高，为1A:526,642,824和1B3:670,543,997个位点，表明这些位置具有强大的现代育种选择。第5组在大多数基因座中具有最高的电阻等位基因频率，而第3组和第4组通常较低（图8A）。

茎锈：现代品种中的抗性等位基因的频率相对较低。第5组的频率最高（90），在6B:14,986,217位置，而第7组和第6组的频率在此站点的频率最低（30），但在其他地点的频率更高（图8B）。

条纹锈：现代品种的频率最高（95），为1B:670,137,479位点。第5组在所有五个站点上维持了超过60的电阻等位基因频率，而第3组的频率最低（图8C）。对中国和美国现代品种数据的比较分析发现，中国品种最多具有较高的抵抗等位基因（50，其中1A位90），而美国品种在2A位置仅超过50（图9A）。对于条纹生锈（YR），7个基因座中6个美国品种的频率超过65，而中国品种仅在5个基因座的50以上（图9b）。这反映了不同育种目标和选择压力下的差异。基于这些分析，筛选了在10个高FST叶片生锈或条状锈蚀位置携带电阻等位基因的沃特金斯种质：8种材料对叶片生锈具有抗性，13种材料可抵抗条状锈蚀。此外，还将29种抗叶子生锈和53条带状抗锈病生殖种系在携带抗性等位基因至少5个高FST位置的材料中筛选出来（表3、4，S2，S3）。这些种质资源，尤其是第5组的种质资源，是对未来抗小麦疾病繁殖的宝贵父母。

图8全文摘要和前景这项研究成功地展示了如何使用现代基因组工具和统计分析方法从沃特金斯（Watkins）等历史性种质资源库中发现有价值的遗传信息。该研究不仅验证了已知的重要基因组基因座（例如VRN-A1，LR46/YR29等），而且还发现了与小麦环境适应能力（冬季和春季，冷耐药性），产量质量（RVA特征）和抗锈蚀性有关的新的基因组区域（例如7D区域）。通过比较不同人群之间的遗传分化和等位基因频率，该研究揭示了自然选择和人工选择在塑造小麦基因库中的复杂烙印，并突出了沃特金斯种质银行的独特性和潜在价值相对于现代繁殖基因库的独特性和潜在价值。

更重要的是，这项研究筛选了一批沃特金斯种质材料，这些材料在多种关键疾病耐药性位置带有出色的抗性等位基因。这些材料可以直接用作耐小麦疾病育种项目中的父母，有效地扩大了当前品种的遗传基础，并提供了有价值的遗传资源和育种策略来培养新的未来小麦品种，这些小麦品种更环保和耐疾病的耐药性。这种研究方法结合了历史种质数据库，基因组数据和表型信息，为其他农作物提供了对基因组数据库资源使用遗传改善的一个例子。

研究团队和资金第一作者： Demissew Sertse通讯作者： Demissew Sertse*，Curt A. McCartney*单位：植物科学系，加拿大曼尼托巴省大学；加拿大Biotei；加拿大农业与农业和食品部莫登研究与发展中心；美国佛蒙特大学植物与土壤科学系。资金：这项研究是由可持续的加拿大农业伙伴关系，加拿大小麦研究联盟和曼尼托巴大学资助的。

doi链接https://doi.org/10.1007/s00122-025-04898-9

小麦多组学网站：http://wheatomics.sdau.edu.cn

提交，合作等的电子邮件地址：shengweima@icloud.com