高スループット表現型解析プラットフォームを用いてコムギ穂形態進化の遺伝的基盤を解明(Researchers Uncover Genetic Basis of Wheat Spike Morphology Evolution Using High-throughput Phenotyping Platform)

2025-09-02 中国科学院(CAS)

中国科学院遺伝発育生物学研究所(IGDB)の陸飛研究員と植物研究所の郭子峰研究員らの共同研究チームは、小麦の穂形態を規定する遺伝的要因を解明した。従来の手計測では困難だった詳細な形態変化を捉えるため、研究チームは3Dセグメンテーションを用いた画像解析型ハイスループット表現型解析プラットフォームを開発。長さ、幅、厚さ、面積、体積など54の穂形態形質を初めて体系的に定量化した。その結果、世界306品種と中国育成1,053品種を対象にゲノムワイド関連解析(GWAS)を行い、数百のゲノム領域を同定。特に第2D染色体領域にあるTaDA1やRht8遺伝子が穂の長さ・幅に大きく関与することが明らかになった。伝統的品種で見られた「穂長と幅・厚さの負の相関」は、近代育種で有利なハプロタイプの選抜により克服された。さらに中国の100年にわたる育種史解析から、穂長は安定的に保たれつつ、穂幅と厚さの向上で穂体積が大幅に増加したことが確認された。特定ハプロタイプは頻度が顕著に増加し、実験的にも穂体積を53%以上高める効果が検証された。本成果は高収量小麦の分子設計育種に重要な理論的基盤と遺伝資源を提供する。

高スループット表現型解析プラットフォームを用いてコムギ穂形態進化の遺伝的基盤を解明(Researchers Uncover Genetic Basis of Wheat Spike Morphology Evolution Using High-throughput Phenotyping Platform)
Overview of phenotypes measured by the high-throughput spike characterization platform (Image by IGDB)

<関連情報>

高スループット形質解析による小麦の穂形態変化のゲノムドライバーの解明 Dissection of genomic drivers of spike morphology changes in wheat by high-throughput phenotyping

Kuocheng Shen ∙ Botao Ye ∙ Xuchang Yu ∙ … ∙ Tingting Wu ∙ Jianhui Wu ∙ Zifeng Guo
Cell Reports  Published:August 6, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116120

Highlights

  • The high-throughput phenotyping platform dissects wheat spike morphology
  • Differences in wheat spike morphology are attributed to variable allelic combinations
  • Wheat breeding breaks the trade-off between spike length and width/thickness
  • Wheat breeding gathers desired haplotypes, resulting in bigger spike volume

Summary

Spike morphology is crucial for wheat (Triticum aestivum L.) yield and environmental adaptation. We developed a high-throughput phenotyping platform to dissect spike morphology traits based on 54 traits in 1,359 wheat accessions. These 54 spike morphology traits exhibited clear geographical differences among 306 worldwide accessions and breeding selection trend across different time windows for 1,053 accessions released from 1900 to 2020 in China. Based on geographical distribution and breeding selection of haplotypes, we attribute the differences in spike morphology to variable haplotype combinations. Wheat breeding breaks the trade-off between spike length and width/thickness, resulting in increased spike volume. A large proportion of genomic regions has been identified across wheat varieties and utilized as a fixed group to facilitate the targeted improvement and selection of desirable traits during wheat breeding programs. Overall, we provide a resource for the molecular design of spike morphology to facilitate future wheat breeding.

1202農芸化学
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