家蚕育种选择数量性状是多基因控制的复杂性状，泛基因组图谱的构建为解析这些性状的遗传基础奠定了关键基础。但常用的全基因组关联分析（GWAS）只能检测常见变异（Common Variants），而动植物泛基因组研究显示稀有变异（低频等位基因）占基因组变异数量的主体，并对复杂性状遗传力有实质贡献。因此，系统挖掘家蚕重要性状相关的稀有变异，是全面解析性状遗传基础不可忽视的“版图”，对家蚕分子育种具有重要意义。
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代方银团队博士后高瑞等在Nature Portfolio旗下期刊Communications Biology（生物学一区Top）发表题为“Rare variant analysis reveals divergent genetic architectures of directly selected and correlated silkworm traits”（稀有变异分析揭示家蚕直接选择和相关性状的遗传结构分化）的研究论文。依托家蚕高分辨率泛基因组资源，该研究采取功能与频率双重赋权策略，构建了整合多类型稀有变异的多模型基因水平稀有变异关联分析（RVAS）框架，并对茧丝产量相关稀有变异及基因进行了系统鉴定。
利用该分析框架，本研究新鉴定到92个茧丝产量相关基因。其中，茧层量（CSW）和茧层率（CSR）分别关联11个和12个基因，而全茧量（CW）和蛹重（PW）分别关联25个和65个基因，即CSW和CSR的相关基因数量显著少于CW和PW。而且，从基因功能上，前者关联基因主要涉及取食、能量代谢、丝腺发育和蛋白质合成等与产丝直接相关过程，后者则还涉及免疫反应等更广泛生物学功能。这暗示它们的遗传基础存在明显差异。
进一步分析发现，两类性状关联的稀有变异同样表现出明显分化，其中CSW和CSR相关变异以负遗传效应、高功能影响（HIGH-impact）稀有变异为主，而CW和PW相关变异则更多表现为正遗传效应、中等功能影响（MODERATE-impact）。
CSW/CSR与CW/PW关联稀有变异的遗传效应与功能影响差异
CSW和CSR是关键的驯化及育种选择性状，CW和PW则与之存在较强的遗传相关。两类性状不同的遗传架构可能是不同的人工选择模式的结果。比较野桑蚕、家蚕地方种和改良品种中两类性状关联稀有变异，发现其具有不同的来源和群体频率变化模式。CSW和CSR关联的HIGH-impact稀有变异中，79.6%在野桑蚕群体中未检测到，为驯化过程中产生，而其频率又在后续改良中明显下降；CW和PW关联稀有变异则更多可追溯至野生祖先，其变化更接近群体遗传多样性整体下降的背景趋势。另外，CSW和CSR关联基因还在驯化和改良过程中表现出更强的人工选择信号。
CSW/CSR与CW/PW关联稀有变异的来源及群体频率变化
据此，研究提出两类性状差异化演化的“因果级联”模型：对CSW和CSR的强定向选择会导致驯化过程中新产生的、具有较大负效应的变异被不断清除；而中性过程则使其遗传相关性状（PW和CW）富集了继承自祖先的中等或弱有益稀有变异，并主导了其复杂多基因遗传架构的形成与维持。
CSW/CSR与CW/PW差异化演化的“因果级联”模型
该研究从稀有变异层面深化了对家蚕茧丝产量性状遗传基础的认识，为复杂经济性状遗传解析和育种候选基因挖掘提供新的研究途径。同时，研究揭示了长期人工选择不仅改变目标性状本身，也伴随着相关性状及其遗传关联的持续变化，为理解人工选择下复杂性状的长期响应提供了新的基因组证据。稀有变异对性状变异及其遗传有重要影响，相比人类，动植物中系统挖掘育种性状相关稀有变异的研究仍需加强，本研究的分析框架可为其提供一定借鉴。
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为第一完成单位，代方银教授为通讯作者，高瑞博士后、李春林副教授为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金（32330102、32502989、32472975）、重庆市自然科学基金（cstc2021jcyj-cxtt0005）及国家现代农业产业技术体系（CARS-17）等项目资助。
全文链接：//www.nature.com/articles/s42003-026-10964-9
供稿：高瑞 审核：李田 代方银