基于全基因组深度重测序构建的高密度SNP芯片，将有效破解甘蔗复杂多倍体基因组育种难题，加速优良品种选育进程。

甘蔗是全球最重要的糖料与能源作物之一，全球约80%的食糖和40%的燃料乙醇来源于甘蔗。然而，面对糖料与生物能源需求持续增长、气候变化加剧以及耕地资源有限等多重压力，提高甘蔗产量和品质已成为当前育种工作的迫切任务。

近日，相关研究成果发表于国际权威期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（植物学报英文版），研究团队成功开发出甘蔗育种芯片1.0（Sugarcane Breeding Array 1.0，SBA 1.0），为甘蔗群体基因组学研究和分子辅助育种提供了重要工具。

攻克难关：为何甘蔗基因组研究如此困难

甘蔗（Saccharum spp. 杂交种）拥有植物界最复杂的基因组之一——染色体数高达100～120条，基因组大小约为10 Gb，是人类基因组的三倍以上。这种高度多倍体的基因组结构，使得传统的分子标记开发和基因型鉴定工作极为困难。

此前，澳大利亚和美国已分别独立开发了两款甘蔗SNP芯片，但两者均基于简化基因组测序技术，覆盖范围有限，难以全面挖掘功能基因位点。随着甘蔗参考基因组的解析和全基因组重测序成本的大幅下降，开发基于全基因组数据的高密度SNP芯片已具备可行性。

研究团队对54份多样性甘蔗材料开展全基因组深度重测序，共鉴定出3920万个SNP位点，并以甘蔗参考基因组R570为基准，综合文献已报道的功能基因位点及低剂量SNP位点，最终筛选出245,272个高质量SNP位点，覆盖77,392个靶标区域，构建成SBA 1.0液相捕获芯片。

该芯片的主要技术特点包括：

• 覆盖甘蔗13,532个基因，约占R570参考基因组注释基因总数的53.5%

• 其中8,055个基因在其他植物物种中已有功能验证，具有重要的比较基因组学价值

• 77.61%的SNP位点位于基因区域，功能关联性强

• 特别纳入低剂量SNP位点，有效应对多倍体基因组的鉴定挑战

性能验证：低成本、高效率、广适用

研究团队对芯片性能进行了系统评估。结果显示，在仅投入4 Gb测序数据的情况下，70%的样本靶标覆盖率即可达到90%以上，继续增加数据量至10 Gb时，样本达标比例基本不变——这表明芯片捕获效率极高，无需大量数据即可达到饱和覆盖，显著降低了检测成本。

在基因型一致性方面，Saccharum属材料的一致性达95%，近缘物种达94%，充分验证了芯片的准确性和稳定性。此外，该芯片对10种甘蔗及近缘物种均表现出良好适用性，具备较强的跨物种应用潜力。

应用验证：群体结构解析与全基因组关联分析

研究团队利用SBA 1.0对380份甘蔗种质资源进行了基因分型，开展群体结构分析，将供试材料划分为6个群体，呈现出明显的地理分布规律：

• 第2、4、6群以中国材料为主

• 第1、5群主要来源于法国和美国

在全基因组关联分析（GWAS）方面，针对6个产量相关性状，共鉴定出36个多效应位点，涵盖1,513个候选基因，包括：

• 与糖锤度（Brix）相关的蔗糖磷酸合酶基因

• 与植株形态结构相关的光信号通路基因（光敏色素C、细胞色素P450）

• 与细胞壁结构相关的纤维素合酶A2基因

值得关注的是，同一性状的显著关联SNP往往分布在多条同源染色体上，有力印证了该芯片对甘蔗多倍体复杂基因组信息的高效捕获能力。

血缘解析：追溯现代甘蔗的”基因身份证”

现代商业甘蔗品种是热带种（S. officinarum，高糖）与割手密（S. spontaneum，抗逆）的复杂杂交后代。研究团队利用13,351个诊断性SNP标记，对380份材料的基因组组成进行了解析，结果显示：

• 平均基因组贡献比例为热带种87%、割手密12%，与前人研究结论高度吻合

• 第2群体保留了显著更高比例的割手密等位基因，在抗逆育种方面具有特殊利用价值

展望：助力甘蔗育种迈入精准时代

SBA 1.0的开发，标志着甘蔗基因组研究工具迈上了新台阶。与已有芯片相比，SBA 1.0基于全基因组重测序数据构建，位点覆盖更全面，功能关联性更强，且芯片设计支持动态更新——随着甘蔗基因组研究的深入，可灵活添加或删除靶标位点，确保工具的长期适用性。

在全球粮食安全与清洁能源双重需求的背景下，SBA 1.0的问世将有效加速甘蔗优良品种的选育进程，为保障食糖供给和推进生物能源发展提供重要的科技支撑。

原文来源： Huang et al. (2026). Sugarcane Breeding Array 1.0. Journal of Integrative Plant Biology. 查看网址 → https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70319