Sci Hortic| 山东省果树研究所李林光课题组在苹果果实大小调控方面取得新进展

来源：科学园艺Sci Hortic 发布时间： 2023/7/13 浏览量：460 次

近日，Scientia Horticulturae在线发表了山东省果树研究所李林光课题组题为QTL mapping combined RNA-seq technology identified potential genes involved in regulation of apple size的研究论文。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112150

研究背景：

果实大小是苹果外观品质的重要指标之一，是育种工作者不可忽略的育种目标之一，其受品种特性、植物激素、栽培管理水平等多种因素的影响，是多基因控制的数量性状，本研究通过构建‘金冠’、‘富士’高密度分子标记遗传连锁图谱，定位果实大小QTL，预测相关基因，结合大小果转录组分析，鉴定出41个与果实大小相关的候选基因，为解析果实大小遗传及开发相关分子标记奠定基础。

研究结果：

1.SNP标记开发与遗传图谱的构建

提取217株金冠、富士杂交F1代DNA，酶切、建库、测序得到的 reads 与苹果参考基因组GDDH13_v1.1 比对得到多态性SLAFs标签，过滤后3741个SLAFs（742 hk × hk，1208 lm × ll，和 1791 nn × np）用于遗传图谱的构建。整合图谱包含3741个标记，遗传图谱总长度为1145.677cM，图谱密度为 0.306cM；母本‘金冠’包含1950个标记，覆盖基因组999.277cM，平均密度0.512cM/SNP；父本‘富士’包含2533个标记，遗传距离 1079.708 cM，平均密度0.426cM.。大于10 cM 的gap 总共3处，分别位于母本的LG10，LG16和父本的LG15上。

图1 遗传连锁图。3741个SNP标记及213株金冠、富士杂交后代产生的图谱； JoinMap 4 用于图谱的构建，Mapchart软件对图谱可视化整理。图1a（P），整合图谱；图1b（P1），母本图（‘金冠’）；图1c（P2），父本(‘富士’)

2. 采用KW法和IM作图进行QTL定位

结果显示在LG5，LG10和LG16上存在单果重、果实横径、纵径相重合的QTL位点。对应基因组位置为Chr05：27125505-43658006 bp，Chr10：36231289-37829515 bp，Chr16：956808-6034803 bp，分别包含1639，191，751个基因。对区段进行GO等分子生物学分析得到339个候选基因（Chr05：232个；Chr10:23个；Chr16：84个）。

3. 建立大果（LF）、小果（SF）极端表型库

分别对LF和SF落花后30d和60d进行RNA-seq分析。在鉴定的339个候选基因中有41个基因在大小果中存在显著差异表达。23个基因在30DAFB中差异表达，23个在60DAFB中差异表达，5个基因在两个时期表达都具有显著差异。

图2 QTL鉴定的候选基因、大果小果30天、60天差异表达基因之间的Venn图

选取两个时期都具有的5个差异表达基因进行qRT-PCR验证，（gene ID: MD10G1276500，MD05G1282100，MD16G1040800，MD16G1022100，and MD05G1298700），其中的4个差异表达基因 MD10G1276500、MD05G1282100、MD16G1040800、MD05G1298700 在小果中高表达. MD16G1022100在大果中30天高表达，60天低表达。差异倍数从3.19 （gene MD16G1022100 at 60 DAFB）到 15.97（gene MD10G1276500 at 60 DAFB）不等。qRT-PCR 和 RNA-seq 数据呈现正相关，证明了转录组数据的可靠性。

图3 41个差异基因表达热图（a）和5个差异表达基因的qRT-PCR（b）结果

4.结论

本次研究鉴定出41个与果实大小相关的候选基因，这些基因的表达直接或间接促进细胞分裂、膨胀以影响果实大小的发育，在随后的研究中，从这些候选基因入手，开发实用的果实大小分子标记，用于果实大小分子育种，缩短育种年限，降低育种成本，提高育种效率。

山东省果树研究所王海波副研究员和李林光研究员为论文的通讯作者，常源升为论文第一作者，该项目得到了国家自然科学基金（31901976）、山东省农业良种工程（2021LZGC024）、山东省自然科学基金（ZR2020QC147）的资助。

团队或作者（第一或者[和]通讯作者）简介：

李林光，二级研究员，主要从事果树育种与栽培研究。山东省有突出贡献的中青年专家，农业农村部苹果育种联合攻关首席专家。以第一完成人获山东省科技进步二等奖3项、国家农牧渔业丰收二等奖1项、神农中华农业科技三等奖1项。选育20余个果树品种先后通过国家或山东省林木（农作物）品种审定委员会审定（登记），‘鲁丽’苹果品种转化创全国最高纪录，品种权转让费达1000万元。先后在《中国农业科学》、《园艺学报》、《果树学报》、《中国果树》及《Horticulture Research》等期刊发表论文100余篇，编写书籍5本。

团队研究方向：

围绕果树育种领域的重大科学问题，解析果实重要品质性状形成机理，设计建立优质育种资源。（1）果树重要性状遗传机理和高效育种技术创新；（2）果树新品种选育；（3）新品种高效配套技术研究。

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