近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所飼草育種與栽培創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)鑒定出與苜蓿根系結(jié)構(gòu)相關(guān)SNP標(biāo)記，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型和關(guān)聯(lián)SNP標(biāo)記提高了根系結(jié)構(gòu)性狀預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。相關(guān)研究成果以“The whole-genome dissection of root systemarchitecture provides new insights for the geneticimprovement of alfalfa （ Medicago sativa L.）”為題發(fā)表在《園藝研究（Horticulture Research）》上。

 

　　紫花苜蓿是多年生豆科牧草，具有產(chǎn)草量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、適口性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，素有“牧草之王”之美譽(yù)。紫花苜蓿根系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅為自身生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，同時(shí)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，培肥地力。然而，關(guān)于紫花苜蓿根系結(jié)構(gòu)（RSA）及其發(fā)育的遺傳機(jī)制尚未明確。

 

　　研究人員對(duì)苜蓿核心種質(zhì)的6個(gè)RSA性狀與5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，在正常澆水與干旱處理下，均發(fā)現(xiàn)根干重（RDW）與飼草干重（DW）顯著正相關(guān)。6個(gè)RSA性狀的GWAS分析定位到60個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNP，這些標(biāo)記附近的基因主要在根系發(fā)育、激素合成和信號(hào)傳導(dǎo)以及形態(tài)發(fā)育相關(guān)的GO條目中富集，其中包括19個(gè)高置信度的候選基因，如： ARF ， LBD 和 WOX 等轉(zhuǎn)錄因子。單倍型分析結(jié)果表明，飼草干重DW隨著RSA相關(guān)的有利單倍型數(shù)量增加而增加，而現(xiàn)代栽培品種中RSA相關(guān)有利單倍型數(shù)量較野生材料和地方品種并未表現(xiàn)出顯著差異。將顯著關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行全基因組預(yù)測(cè)（GP），準(zhǔn)確性可達(dá)0.7～0.8之間。該研究為實(shí)現(xiàn)苜蓿育種過程中根系性狀的高效選擇提供了有利依據(jù)。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所博士生蔣學(xué)乾和碩士生曾祥翠為論文第一作者，康俊梅研究員和楊青川研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：DOI:https://doi.org/10.1093/hr/uhae271