探寻小麦营养元素积累的遗传密码：稳定多效位点助力粮食营养升级

《Theoretical and Applied Genetics》：Stable pleotropic loci controlling the accumulation of multiple nutritional elements in wheat

为解决全球 “隐藏饥饿” 问题，提高小麦营养含量，研究人员开展了 “稳定多效位点控制小麦多种营养元素积累” 的研究。通过对 1470 个小麦个体的研究，利用 MetaGWAS 分析，发现 67 个稳定 QTL，为小麦育种提供依据，有助于提升全球粮食安全和人类健康。

　　在全球范围内，许多人正遭受着 “隐藏饥饿” 的困扰，这是由于人体所需的关键维生素和矿物质摄入不足导致的。这些元素在维持人体健康方面起着至关重要的作用，一旦缺乏，可能会引发严重疾病、影响儿童发育、降低免疫力等。在澳大利亚，大量小麦出口到亚洲和中东地区，而这些地区普遍存在微量营养素营养不良的问题。为了提升小麦的营养含量，同时解决全球粮食安全和人类健康问题，研究人员开展了深入研究。

澳大利亚的研究人员对 1470 个小麦个体组成的群体进行研究，该研究成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》上。研究人员通过多种实验，得出了一系列重要结论，这对于小麦育种和全球粮食安全具有重要意义。

研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。首先，选用 1470 个春小麦半矮秆基因型个体作为实验材料，这些材料具有丰富的遗传多样性。在实验过程中，对小麦进行了表型和基因型数据的测定。利用 90K Illumina Infinium SNP 阵列对群体进行基因分型，同时通过线性混合模型计算每个元素在不同环境中的最佳线性无偏估计（BLUEs）。此外，采用 MetaGWAS 分析，通过对每个环境中的单变量 GWAS 分析结果进行整合，检测稳定的 QTL。

研究结果如下：

1. 遗传力、遗传相关性和连锁不平衡：研究发现，13 种营养元素的基于 SNP 的遗传力（h2）值存在显著差异，范围在 Co 积累的 0.29 到 Ca 积累的 0.61 之间，平均值为 0.42。元素间的遗传相关性复杂，Ca、Co、K、Na 之间呈正相关，Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Zn 之间也呈正相关，而两组元素之间大多呈负相关。例如，Fe 和 Zn 积累的平均遗传相关性高达 0.75，而 K 和 Mg 积累的平均遗传相关性为 -0.45。连锁不平衡（LD）分析表明，研究群体中存在扩展的 LD 衰减和较大的 LD 块，背景 LD 值为 0.176，平均 LD 块大小约为 7 Mb。
2. MetaGWAS 检测到的 QTL：通过 MetaGWAS 分析，在三个层面上进行研究。对于第一组元素（Ca、Co、K、Na），除 K 有两个 QTL 外，其他元素各有一个 QTL。第二组元素（B、Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Zn）共检测到 25 个 QTL。其中，在染色体 7D 上有一个共同的 QTL，对不同组元素有不同的影响，该 QTL 附近的基因可能参与营养元素的转运。此外，还有一些 QTL 在单个元素积累分析中未达到显著阈值，但在跨元素 MetaGWAS 分析中表现出显著关联，说明这些 QTL 对多个元素有较小但一致的影响。

在讨论部分，研究人员指出，提高小麦产量的同时往往会导致谷物中营养元素浓度降低，这是由于 “稀释效应”，即植物资源分配的改变。该研究通过 MetaGWAS 分析揭示了营养元素积累的遗传基础，为小麦育种提供了有价值的信息。研究发现的遗传相关性和稳定的多效 QTL，有助于设计同时提高多种营养元素含量的育种策略。虽然部分 QTL 已被前人报道，但仍有许多新发现。例如，染色体 7D 上的一个 QTL 对多种元素有显著影响，其附近的两个基因可能在营养元素的转运和代谢中起重要作用，但具体功能还需进一步研究验证。

综上所述，该研究揭示了小麦营养元素积累的复杂遗传机制，为小麦育种提供了重要的理论基础和实践指导。通过针对稳定的 QTL 进行育种，可以开发出营养更丰富的小麦品种，对解决全球粮食安全和人类健康问题具有重要意义。未来，进一步研究这些 QTL 和相关基因的功能，将有助于更深入地理解小麦营养元素积累的过程，推动小麦育种工作的发展，让人们能够吃到更营养、更健康的小麦制品。