甘蔗（Saccharum spp.）是全球最重要的糖料作物，约贡献世界80%的食糖和40%的生物燃料产量。提高蔗糖含量是甘蔗育种的重要目标，但传统育种主要依赖表型选择，效率低、周期长，高蔗糖亲本利用率不高，育种效果有限。随着甘蔗基因组学、高通量测序技术和全基因组关联分析（GWAS）的发展，分子育种和种质评价迎来了新机遇。分子标记和基因组选择能够提高早期选择效率、缩短育种周期，并辅助筛选理想亲本和高蔗糖品种。甘蔗栽培种起源于多倍体杂交，基因组巨大且复杂，多数品种具有110—130条染色体。近年来甘蔗基因组测序取得突破，为大规模分子标记开发提供了基础。简化基因组测序技术如AFSM-seq和Hyper-seq可低成本获得大量SNP和InDel标记，适用于遗传连锁图谱构建、QTL定位及GWAS研究。

近期，云南省农业科学院甘蔗研究所联合海南大学三亚南繁研究院完成的题为“Genome-wide association study of sucrose content and stem diameter in sugarcane (Saccharum spp.)”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）2026年5期发表。

本研究利用Hyper-seq对来自不同国家的292份甘蔗种质资源进行全基因组分析，旨在快速鉴定与蔗糖含量及茎粗相关的关键遗传位点，为高蔗糖甘蔗品种的分子辅助育种和种质资源利用提供遗传依据。

研究对292份甘蔗种质资源进行了测序，鉴定出2,542,965个单核苷酸多态性位点（SNPs）和插入/缺失位点（InDels）。针对蔗糖含量与茎秆直径这两个重要性状开展全基因组关联分析。两性状均呈正态分布，具有典型的数量性状特征。群体遗传分析结果显示，292份甘蔗种质资源被划分为4个亚群。亚群I-II的PCA与进化树分析中聚类清晰，而亚群IV与其他谱系混合分布，暗示基因交流频繁，表明292份甘蔗遗传多样性丰富，谱系间存在广泛杂交历史。通过全基因组关联分析，挖掘到27个显著影响蔗糖含量的SNP位点，并筛选出17个候选基因。GWAS锁定19个调控茎秆直径的SNP位点，关联9个候选基因。

图1 292个甘蔗种质资源的蔗糖含量与茎干直径

图2 292份甘蔗群体遗传分析

图3 292份甘蔗种质遗传多样性分析

图4 292个甘蔗种质资源中蔗糖含量与茎干直径的全基因组关联分析

这些成果深化了对甘蔗蔗糖含量遗传机制的认识，并为加速培育高蔗糖含量甘蔗新品种提供了重要遗传资源。

云南省农业科学院甘蔗研究所昝逢刚研究员、吴转娣副研究员和海南大学三亚南繁研究院博士生夏成材为共同第一作者，海南大学三亚南繁研究院夏志强研究员与云南省农业科学院甘蔗研究所刘家勇研究员为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国热带作物育种国家重点实验室项目、云南省种子实验室、云南省科技创新人才项目和国家糖业技术体系资助。

Cite the article:

Fenggang Zan, Zhuandi Wu, Chengcai Xia, Long Zhao, Qi Liu, Zihao Wang, Yanjie Lu, Meiling Zou, Yong Zhao, Peifang Zhao, Xuan Luo, Jiayong Liu, Zhiqiang Xia. 2026. Genome-wide association study of sucrose content and stem diameter in sugarcane (Saccharum spp.). Journal of Integrative Agriculture, 25(5): 1939-1948.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.12.044    

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