Harnessing landrace diversity empowers wheat breeding

种质资源 背景(考古学) 单倍型 数量性状位点 生物 遗传多样性 连锁不平衡 国际人类基因组单体型图计划 生物技术 遗传学 等位基因 农学 基因 人口 古生物学 人口学 社会学
作者
Shifeng Cheng,Cong Feng,Luzie U. Wingen,Hong Cheng,A. B. Riche,Mei Jiang,Michelle Leverington‐Waite,Zejian Huang,Sarah A. Collier,Simon Orford,Xiaoming Wang,Rajani Awal,Gary Barker,Tom O’Hara,Clare Lister,Ajay Siluveru,Jesús Quiroz-Chávez,Ricardo H. Ramírez-González,Ruth Bryant,Simon Berry
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:632 (8026): 823-831 被引量:90
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07682-9
摘要

Abstract Harnessing genetic diversity in major staple crops through the development of new breeding capabilities is essential to ensure food security 1 . Here we examined the genetic and phenotypic diversity of the A. E. Watkins landrace collection 2 of bread wheat ( Triticum aestivum ), a major global cereal, by whole-genome re-sequencing of 827 Watkins landraces and 208 modern cultivars and in-depth field evaluation spanning a decade. We found that modern cultivars are derived from two of the seven ancestral groups of wheat and maintain very long-range haplotype integrity. The remaining five groups represent untapped genetic sources, providing access to landrace-specific alleles and haplotypes for breeding. Linkage disequilibrium-based haplotypes and association genetics analyses link Watkins genomes to the thousands of identified high-resolution quantitative trait loci and significant marker–trait associations. Using these structured germplasm, genotyping and informatics resources, we revealed many Watkins-unique beneficial haplotypes that can confer superior traits in modern wheat. Furthermore, we assessed the phenotypic effects of 44,338 Watkins-unique haplotypes, introgressed from 143 prioritized quantitative trait loci in the context of modern cultivars, bridging the gap between landrace diversity and current breeding. This study establishes a framework for systematically utilizing genetic diversity in crop improvement to achieve sustainable food security.
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