近日,广东省农业科学院果树研究所荔枝种质资源与育种团队联合华南农业大学园艺学院夏瑞教授团队和中国热带农业科学院热带生物技术研究所冯筠庭副研究员在国际知名期刊《Genome Biology》上发表了研究论文。题为“Comprehensive genomic and phenotypic analyses reveal the genetic basis of fruit quality in litchi”。百迈客生物为该研究提供了二代建库测序服务。

Comprehensive genomic and phenotypic analyses reveal the genetic basis of fruit quality in litchi
研究背景
荔枝是东南亚一种重要的经济水果作物,以其独特的风味和营养价值而闻名。荔枝起源于中国云南省,具有2000多年的栽培史,由于长期的自然选择和在不同气候及种植条件下的人工育种,孕育了丰富的种质资源,可用于性状持续的遗传改良。至今已有许多工作是从表型性状来研究和评估荔枝的多样性,然而,相应的遗传变异未被充分的挖掘利用,尤其是能够代表大量遗传信息的核心种质,群体遗传结构不清晰,许多重要育种性状如果实大小、风味、种子大小等调控果实品质的遗传基础仍有待深入探索。
研究内容
该研究中对来自国家荔枝种质资源圃(广州)从全球收集的276份具有代表性荔枝种质资源进行了重测序,测序深度20X,并鉴定出3450万个高质量的双等位基因SNP,构成了迄今为止荔枝(乃至整个无患子科)最全面的遗传变异图谱。
随后,分析了群体结构,在基因组水平上揭示了群体之间的遗传变异水平和亲缘关系,分析表明该群体内存在四个主要亚群:YNG(云南亚群,来自云南野生、广西大兴的种质)、HNG(海南亚群,来自海南和广地博白的种质)、FGG1, 和FGG2亚群(包含来自福建和部分广东、广西的种质)。YNG的核苷酸多样性低于HNG、FGG1和FGG2的,LD遗传距离的大于其他三个亚群(图1)。

图1-荔枝群体结构和遗传多样性
通过对21个果实品质相关性状进行表型分析,发现果实性状在许多方面表现出极大的多样性,例如果实大小、种子大小、糖酸含量等方面。进一步并结合全基因组关联研究,鉴定了总计460个与果实性状显著相关的SNP和1,807个候选基因,其中包含大量负责调控种子和果实品质性状的候选基因和基因组位点,并筛选出了几个与种子早期发育相关的候选基因。特别是,利用高效液相色谱(HPLC)方法测定了190个荔枝品种果实的糖组分和含量,随后,以蔗糖和葡萄糖的含量作为性状进行GWAS分析,在7号染色体上检测到一个强关联峰这个关联峰位于基因LITCHI009111(LcSAI)的基因体区域内,该基因编码β-果糖呋喃苷糖酶,也称为转化酶(invertase),该酶催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖,并通过原核表达和转基因等方法验证了该基因的功能。通过比较LcSAI蔗糖和还原糖种质中的差异,开发了一个与糖组分和含量紧密连锁的分子标记,可用于荔枝育种的早期筛选,缩短育种周期。

图2-荔枝果实性状表型的多样性

图3-LcSAI 在荔枝果实的糖分积累中的作用
研究总结
综上所述,该研究揭示了荔枝的遗传多样性和群体结构,通过全面的基因组分析和表型分析,阐明了果实品质的遗传基础。这些发现为理解荔枝果实品质的遗传基础提供了宝贵资源和知识,为进一步的遗传改良贡献了理论基础。
英文题目:Comprehensive genomic and phenotypic analyses reveal the genetic basis of fruit quality in litchi
摘要:Litchi, an economically important fruit crop in Southeast Asia, is renowned for its distinctive flavor and nutrient value, but its genetic diversity and genetic basis underlying fruit quality regulation remain largely unexplored.#We re-sequence 276 litchi accessions collected globally and identify 54 million high-quality biallelic SNPs. We then analyze the population structure and reveal four main subgroups within the population. By phenotypic profiling of 21 fruit-quality-related traits, followed with genome-wide association study, we identify a plethora of candidate genes and genomic loci that are responsible for regulating seed and fruit quality traits. In particular, we characterize and experimentally validate an invertase gene,LcSAI, encoding an enzyme catalyzing the conversion of sucrose into reducing sugars, as a key regulator of sugar composition in litchi fruit, affecting the sweetness of litchi fruits.#Our study demonstrates the genetic diversity and population structure of litchi. We delineate the genetic basis of fruit quality through comprehensive genomic analyses and phenotypic profiling. These findings provide valuable resources and knowledge for understanding the genetic basis of fruit quality in litchi, which contribute to the theoretical basis for further genetic improvement.
关键词:Genetic diversity Genetic basis Fruit quality Litchi (Litchi chinensisSonn.) Invertase gene
DOI:10.1186/s13059-025-03693-5
年份:2025
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