DOI: https://doi.org/10.1270/jsbbs.25059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42558090
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Tsuyoshi Tanaka وآخرون
الموضوع الرئيسي: وراثة القمح والشعير وعلم الأمراض
نظرة عامة
تقدم هذه المراجعة نظرة شاملة على الحالة الحالية والاتجاهات المستقبلية لاستخدام المعلومات الجينومية في تربية القمح، مع التركيز على التحديات التي تطرحها الجينوم الكبير للقمح (~16 جيجابايت). تبدأ بتفصيل طرق الاختيار التقليدية المعتمدة على العلامات وتبرز النجاحات في استخدام علامات الحمض النووي لفصل مقاومة الأمراض عن الصفات غير المرغوب فيها. على الرغم من هذه التقدمات، تشير المراجعة إلى أن تحسين كفاءة التربية لا يزال يمثل تحديًا بسبب الطبيعة المتعددة الجينات للصفات الرئيسية مثل الغلة. كما يناقش المؤلفون الزيادة في اعتماد تسلسل الجيل التالي وأدوات التحليل الجيني الأخرى، والتي تعتبر ضرورية لتعزيز أبحاث القمح.
تؤكد الخاتمة على أن التقدم التكنولوجي الأخير قد خفف إلى حد كبير من الحواجز التقنية السابقة في التحليل الجيني واختيار التربية للقمح. ومع ذلك، لا تزال قيود التكلفة في برامج التربية التي تشمل العديد من الأفراد قائمة، مما يحد من تطبيق هذه الأساليب على محاصيل رئيسية أخرى مثل الأرز وفول الصويا. كما تقدم المراجعة إطار عمل جديد للتربية يسمى “حلقات التربية”، يهدف إلى سد الفجوة بين التحليل الجيني ومواد اختيار التربية. من المتوقع أن يتطور هذا الإطار جنبًا إلى جنب مع التقدم في بيانات الجينوم والتقنيات، مما يسهل في النهاية تطوير أصناف قمح ذات غلة عالية وجودة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية القمح (Triticum aestivum L.) كأكثر المحاصيل زراعة على مستوى العالم، حيث يساهم بنحو 18% من إجمالي استهلاك السعرات الحرارية. في اليابان، يشكل القمح 13% من استهلاك السعرات الحرارية، ويحتل المرتبة الثانية بعد الأرز. نظرًا لمعدل الاكتفاء الذاتي المنخفض في البلاد والذي يبلغ حوالي 15%، تهدف الحكومة اليابانية إلى زيادة إنتاج القمح المحلي من 1.09 مليون طن في 2023 إلى 1.37 مليون طن بحلول 2030 لتعزيز الأمن الغذائي. يتطلب ذلك تطوير أصناف قمح مقاومة للمناخ ذات غلات مستقرة.
تركز المراجعة على الاستفادة من المعلومات الجينومية لتحسين برامج تربية القمح في اليابان، والتي تُجرى بشكل رئيسي من قبل المؤسسات العامة. تشمل الموضوعات الرئيسية اختيار العلامات المعتمد (MAS) للصفات ذات التأثير الكبير، ومبادرات تسلسل الجينوم، وقواعد البيانات العالمية، ومنصات تحديد النمط الجيني، واختيار العلامات على مستوى الجينوم. كما يستكشف المؤلفون الآفاق المستقبلية لتربية القمح من خلال دمج هذه التقنيات المتقدمة. تهدف المراجعة إلى تقديم رؤى قابلة للتطبيق ليس فقط في اليابان ولكن أيضًا في برامج التربية العالمية، مع معالجة المقاييس المتنوعة للعمل بين شركات البذور والمؤسسات العامة المعنية بتربية القمح.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على التقدم في العلامات الوظيفية لتربية القمح، مع التركيز على تطوير وتطبيق تعدد الأشكال الحمض النووي المرتبطة بالصفات المرغوبة. تم عزل أكثر من 170 جينًا، مع استخدام حوالي 70 علامة حاليًا في برامج التربية، خاصة في اليابان حيث تم استخدام اختيار العلامات المعتمد (MAS) منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين لصفات مثل محتوى الأميلوز ومقاومة الأمراض. تشمل الأمثلة البارزة جين Wx، الذي يساعد في تحديد محتوى الأميلوز، وجينات Glu-1، التي تعتبر حاسمة لخصائص العجين. أدى دمج هذه العلامات إلى تطوير ناجح لأصناف قمح عالية الجودة، مثل ‘Setokirara’ و’Tamaizumi R’، التي تظهر تحسينات في الصفات الزراعية ومقاومة الأمراض.
يناقش القسم أيضًا أهمية تسلسل جينوم القمح، الذي بدأ في عام 2005، والذي سهل تحديد الجينات المهمة زراعيًا من خلال الجينوم المقارن. تقدم تعقيدات الجينوم متعدد الصيغ للقمح تحديات في تفسير العلامات والتربية، خاصة للصفات ذات أنماط الوراثة المعقدة. تؤكد الورقة على ضرورة استخدام المعلومات على مستوى الجينوم لتعزيز كفاءة التربية وأهمية التحديثات المستمرة لتسلسلات الجينوم والتعليقات التوضيحية. علاوة على ذلك، تشير إلى ظهور منصات تحديد النمط الجيني المختلفة، بما في ذلك مصفوفات SNP وتسلسل الجيل التالي (NGS)، التي أحدثت ثورة في القدرة على تحليل التنوع الجيني وتوقع الصفات في تربية القمح. تهدف عملية “حلقة التربية” المقترحة إلى دمج تسريع الأجيال، واختيار العلامات الوظيفية، والاختيار الجيني لتحسين نتائج التربية وتقليل التكاليف.
DOI: https://doi.org/10.1270/jsbbs.25059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42558090
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Tsuyoshi Tanaka et al.
Primary Topic: Wheat and Barley Genetics and Pathology
Overview
This review provides a comprehensive overview of the current state and future directions of genomic information utilization in wheat breeding, emphasizing the challenges posed by wheat’s large genome (~16 Gb). It begins by detailing conventional marker-assisted selection methods and highlights successes in using DNA markers to dissociate disease resistance from undesirable quality traits. Despite these advancements, the review notes that improving breeding efficiency remains challenging due to the polygenic nature of key traits like yield. The authors also discuss the increasing adoption of next-generation sequencing and other genetic analysis tools, which are crucial for enhancing wheat research.
The conclusion underscores that recent technological advancements have largely mitigated previous technical barriers in genetic analysis and breeding selection for wheat. However, cost constraints in breeding programs involving numerous individuals persist, limiting the applicability of these methods to other major crops such as rice and soybean. The review also introduces a novel breeding framework termed “Breeding Rings,” aimed at bridging the gap between genetic analysis and breeding selection materials. This framework is anticipated to evolve alongside advancements in genomic data and technologies, ultimately facilitating the development of high-yield, quality wheat varieties.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of wheat (Triticum aestivum L.) as the most extensively cultivated crop globally, contributing approximately 18% to the total caloric intake. In Japan, wheat constitutes 13% of caloric consumption, ranking second to rice. Given the country’s low self-sufficiency rate of about 15%, the Japanese government aims to increase domestic wheat production from 1.09 million tons in 2023 to 1.37 million tons by 2030 to enhance food security. This necessitates the development of climate-resilient wheat varieties with stable yields.
The review focuses on leveraging genomic information to improve wheat breeding programs in Japan, primarily conducted by public institutions. Key themes include marker-assisted selection (MAS) of major effect genes, genome sequencing initiatives, global databases, genotyping platforms, and genome-wide marker selection. The authors also explore future prospects for wheat breeding by integrating these advanced technologies. The review aims to provide insights applicable not only to Japan but also to global breeding programs, addressing the diverse scales of operation among seed companies and public institutions involved in wheat breeding.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the advancements in functional markers for wheat breeding, emphasizing the development and application of DNA polymorphisms associated with desirable phenotypes. Over 170 genes have been isolated, with approximately 70 markers currently utilized in breeding programs, particularly in Japan where marker-assisted selection (MAS) has been employed since the early 2000s for traits such as amylose content and disease resistance. Notable examples include the Wx gene, which aids in determining amylose content, and the Glu-1 genes, which are crucial for dough properties. The integration of these markers has led to the successful development of high-quality wheat cultivars, such as ‘Setokirara’ and ‘Tamaizumi R’, which exhibit improved agronomic traits and disease resistance.
The section also discusses the significance of wheat genome sequencing, initiated in 2005, which has facilitated the identification of agronomically important genes through comparative genomics. The complexity of wheat’s polyploid genome presents challenges in marker interpretation and breeding, particularly for traits with complex inheritance patterns. The paper underscores the necessity of utilizing genome-wide information to enhance breeding efficiency and the importance of continuous updates to genome sequences and annotations. Furthermore, it notes the emergence of various genotyping platforms, including SNP arrays and next-generation sequencing (NGS), which have revolutionized the ability to analyze genetic diversity and trait prediction in wheat breeding. The proposed “Breeding Ring” process aims to integrate accelerated generation, functional marker selection, and genomic selection to optimize breeding outcomes and reduce costs.