責編 | 曉彤

2021年2月18日，南京農業大學吳俊教授、張紹鈴教授和康奈爾大學費章君教授合作在Nature Communications線上發表了題為Genome-wide association studies provide insights into the genetic determination of fruit traits of pear的研究論文，解析了梨果實性狀的遺傳基礎。該研究是梨分子育種領域的又一重要新進展。

中國是梨的起源地，不僅擁有豐富的梨品種資源，也是世界第一大梨生產國，栽培面積和產量均佔世界70%以上。目前，我國生產上的主要栽培品種仍以傳統地方品種為主，無法滿足消費者對優質梨果的多樣化需求。而梨作為多年生果樹，不僅具有較長的童期，且表現典型的自交不親和性，利用傳統雜交選育新品種週期長、效率低，亟待發展分子育種技術實現重要性狀的高效遺傳改良。

該研究以具有豐富遺傳多樣性的砂梨品種資源為研究物件，對312份自然群體進行全基因組遺傳變異解析，共獲得2.15T重測序資料，鑑定3.4M SNP。透過對地方梨品種和人工選育品種的群體分析發現，改良過程中11.2Mb的區間表現出較強訊號（圖1），對比已開展的梨馴化研究（Jun Wu et al, Genome Biolgoy, 2018），發現梨果實的石細胞、糖、酸等性狀在馴化和改良過程中均受到了持續的選擇，而果實大小等性狀只在馴化過程中受到選擇。

圖1 砂梨改良過程的選擇清除訊號和11個果實性狀全基因組關聯分析

進一步對梨果實單果重、色澤、石細胞等8個品質性狀和果實發育天數等3個物候期性狀開展全基因組關聯分析（GWAS），共獲得42個關聯區間，其中包括已知功能基因、並與部分性狀的已知QTL定位相吻合。同時，關聯分析也獲得了多個與梨果實重要性狀相關的未知功能基因（圖1）。為探索未知基因對性狀形成的影響，研究選擇了石細胞這一影響梨品質的重要性狀，開展了基因功能驗證，結合表型資料、轉錄組、系統進化關係等分析，鎖定了新基因——PbrSTONE，並透過梨果實的瞬時轉化體系和擬南芥的穩定轉化體系，證實了PbrSTONE可以調控梨果實石細胞和主要組分木質素的形成，並明確了其與木質素合成通路中關鍵基因PbrC3H存在互作關係，從而協同調控石細胞組分木質素的合成機制（圖2）。

圖2 PbrSTONE參與調控石細胞組分木質素合成的功能驗證

開展梨品種資源的遺傳變異和果實相關性狀的GWAS研究，不僅為梨的群體遺傳特徵、品質性狀分子標記的開發提供了大量的遺傳位點資訊，同時為挖掘未知功能新基因提供了有效途徑。研究結果將為多年生果樹分子育種技術開發和複雜性狀的調控機制解析提供極有價值的參考。

該研究以南京農業大學張明月、薛程、李甲明、薛雍松博士，以及湖北省農科院果茶所胡紅菊研究員為共同第一作者，南京農業大學吳俊教授、張紹鈴教授、康奈爾大學費章君教授為共同通訊作者。同時，中國農科院作科所鄒棖副研究員、福建農林大學陳栩教授、康奈爾大學吳珊博士為專案研究提供了資料分析和實驗方面的指導和幫助。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金面上和青年專案、國家梨產業技術體系、江蘇省梨產業技術體系、中國博士後專案、美國國家科學基金的資助。

原文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21378-y