绕过比对迷宫，张兴坦团队开发多倍体全基因组关联分析新方法

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Nat Genet：绕过比对迷宫，张兴坦团队开发多倍体全基因组关联分析新方法. J6 {/ w) J3 t( L& O, J& n) h
来源：iNature 2026-08-08 14:50
: U7 o+ l8 `0 m* V2 `( ?该研究提出KMERIA框架——一种基于k-mer的方法，专门用于应对上述挑战，从而在复杂多倍体基因组中实现高效基因分型与稳健的关联定位。
6 S1 V0 E* @6 f" [3 x/ _. Y  G复杂多倍体植物的全基因组关联研究常因基因分型模糊性及等位基因剂量复杂性而受阻。
  U* [8 q# i, a8 q8 t2 j2026年6月12日，中国农业科学院张兴坦独立通讯在Nature Genetics 在线发表题为“A k-mer-based genome-wide association study approach empowering gene mining in polyploids”的研究论文。该研究提出KMERIA框架——一种基于k-mer的方法，专门用于应对上述挑战，从而在复杂多倍体基因组中实现高效基因分型与稳健的关联定位。- V2 C& c! ~/ x3 q0 A* ?' L
通过模拟数据集与经验数据集的严格基准测试，KMERIA在准确性与统计功效上均优于现有方法。作者应用KMERIA对290份野生甘蔗（Saccharum spontaneum）种质进行分析，并整合一份包含15份种质的图形泛基因组以捕获结构变异，进而鉴定出调控蔗糖生物合成（SsMGT）与分蘖（例如SsERF14、SsNGA5、SsNAC、SsARF8、SsLOG及SsSCR）的新基因。这些发现阐明了产量相关性状的遗传架构，并为甘蔗育种提供了可操作靶点。综上，KMERIA填补了多倍体基因组学领域关键的方法学空白，而作者的图形泛基因组整合策略为解析具有复杂基因组架构作物的基因型-表型关系提供了有力框架。
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2 l1 w) o6 s7 }; w9 ^' X7 H! D! A多倍性，即拥有多套染色体的现象，是许多栽培作物的一个关键特征。值得注意的是，大约75%的驯化植物，包括小麦、马铃薯、棉花和甘蔗等主要作物，都是多倍体。这种遗传现象推动了其相比二倍体对应物更具优势的性状的演化，例如活力增强、器官增大以及对环境胁迫的抵抗力提升。因此，理解多倍体的遗传架构对于推动作物改良和保障全球粮食安全至关重要。$ `7 X* P8 J$ R& S
尽管多倍体在农业上具有重要意义，但其遗传复杂性给传统的全基因组关联分析（GWAS）带来了巨大挑战。主要为二倍体生物开发的常规GWAS方法，往往无法充分处理多倍体基因组的冗余性和等位基因多样性，从而阻碍了对非加性效应和剂量依赖性表型贡献的检测。尽管已有研究使用诸如GWASpoly等工具在四倍体和六倍体中开展了基于等位基因剂量的GWAS，但这些方法在变异检测和基因分型时需要大量的计算资源。因此，迫切需要专门针对多倍体独特遗传架构的创新策略。
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图1.KMERIA流程概述（摘自Nature Genetics）4 C2 B: ^' o/ C* S( \% g
GWAS可以利用源自全基因组测序数据的k-mer作为遗传标记。与传统标记不同，k-mer能够捕获单核苷酸多态性（SNP）、插入缺失（indel）和结构变异（SV），从而在不依赖参考基因组的情况下实现全面的遗传分析，并减少了比对偏倚。这种方法可以通过揭示传统方法遗漏的遗传因素来解决“遗传力缺失”问题。虽然k-mer基于的GWAS在二倍体中前景广阔，但在多倍体中的应用仍十分有限，因为当前的实现未能考虑等位基因剂量效应。在此背景下，k-mer拷贝数在群体中的变异为评估等位基因剂量提供了一种稳健的方法，使得基于k-mer的GWAS对于多倍体尤其有利。
( D: e) [  ?  T2 Q9 J割手密（Saccharum spontaneum）是一种野生甘蔗物种，因其分蘖能力强、抗逆性强和环境适应性广等优良性状，成为现代商业杂交育种的宝贵种质资源。其基因组具有高倍性（4–16倍）、广泛的同源区域以及频繁的染色体重排等特点，使其成为研究多倍体特异性基因组方法的理想模型。在此，作者提出KMERIA，一种专门为多倍体设计的基于k-mer的GWAS策略。KMERIA通过将k-mer拷贝数变异与表型相关联来鉴定与性状相关的位点。作者还利用15份割手密种质和290个重测序个体构建了基于图的泛基因组，并应用KMERIA鉴定了与分蘖数（TN）和表观纯度（AP）相关的基因。作者进一步在不同倍性水平的作物中验证了KMERIA，证明了其在多倍体作物改良中的广泛适用性。- ~2 c- u  R1 U  F
参考消息：https://www.nature.com/articles/s41588-026-02641-88 M3 j8 Q- `: U5 R, O% g% n1 I1 U

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