Integrating high‐throughput phenotyping and genome‐wide association studies for enhanced drought resistance and yield prediction in wheat

抗旱性 产量(工程) 生物 全基因组关联研究 吞吐量 抗性(生态学) 基因组 农学 计算生物学 生物技术 遗传学 基因 计算机科学 基因型 单核苷酸多态性 材料科学 电信 冶金 无线
作者
Zhen Zhang,Yunfeng Qu,Feifei Ma,Qian Lv,Xiaojing Zhu,Guanghui Guo,Mengmeng Li,Wei Yang,Beibei Que,Yun Zhang,Tiantian He,Xiaolong Qiu,Hui Deng,Jingyan Song,Qian Liu,Baoqi Wang,Youlong Ke,Shenglong Bai,Jingyao Li,Linlin Lv
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:243 (5): 1758-1775 被引量:4
标识
DOI:10.1111/nph.19942
摘要

Summary Drought, especially terminal drought, severely limits wheat growth and yield. Understanding the complex mechanisms behind the drought response in wheat is essential for developing drought‐resistant varieties. This study aimed to dissect the genetic architecture and high‐yielding wheat ideotypes under terminal drought. An automated high‐throughput phenotyping platform was used to examine 28 392 image‐based digital traits (i‐traits) under different drought conditions during the flowering stage of a natural wheat population. Of the i‐traits examined, 17 073 were identified as drought‐related. A genome‐wide association study (GWAS) identified 5320 drought‐related significant single‐nucleotide polymorphisms (SNPs) and 27 SNP clusters. A notable hotspot region controlling wheat drought tolerance was discovered, in which TaPP2C6 was shown to be an important negative regulator of the drought response. The tapp2c6 knockout lines exhibited enhanced drought resistance without a yield penalty. A haplotype analysis revealed a favored allele of TaPP2C6 that was significantly correlated with drought resistance, affirming its potential value in wheat breeding programs. We developed an advanced prediction model for wheat yield and drought resistance using 24 i‐traits analyzed by machine learning. In summary, this study provides comprehensive insights into the high‐yielding ideotype and an approach for the rapid breeding of drought‐resistant wheat.
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