河南科技大学郭大龙团队解析‘莎巴珍珠’葡萄家系早熟性状的遗传与变异
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阅读： 2022/12/13 9:56:05
以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP
我国是鲜食葡萄栽培和消费大国，中晚熟葡萄作为我国鲜食葡萄的主栽品种，果实成熟期主要集中在8-10月份，导致葡萄量大价低，经济效益难以提升。‘莎巴珍珠’是我国于1951年从匈牙利引入的极早熟葡萄品种，国内外葡萄育种工作者利用‘莎巴珍珠’作为亲本，已选育出一大批早熟葡萄新品种，有的作为主栽品种，有的又进一步作为育种材料应用于早熟葡萄育种。解析‘莎巴珍珠’葡萄家系中控制葡萄果实成熟期变异的遗传片段和关键基因能够为早熟优质葡萄的分子育种提供理论依据和基因资源。
近日，河南科技大学郭大龙教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“Dissection of the Pearl of Csaba pedigree identifies key genomic segments related to early-ripening in grape”的研究论文，解析了‘莎巴珍珠’葡萄家系早熟性状的遗传基础，鉴定到了控制葡萄果实成熟期变异的核心单倍型和关键遗传片段。
‘莎巴珍珠’是早熟葡萄育种过程中的重要骨干亲本。该研究通过对‘莎巴珍珠’及其衍生品种在内的共40个品系进行全基因组重测序，并结合已公布的晚熟葡萄栽培品种的重测序数据，比对到葡萄参考基因组，识别到了5,795,881个高质量的单核苷酸多态性位点（single nucleotide polymorphism, SNP）。主成分分析、系统发育树和STRUCTURE分析显示早熟家系群体可以与晚熟栽培群体清晰地区分开来。与晚熟栽培群体相比，早熟家系群体的基因组具有更多的不符合哈代-温伯格定律的SNP位点，同时展现出了更低的核苷酸多态性和更强的连锁效应。这些现象均符合家系群体的一般特征。
随后，利用系谱信息对家系群体的SNP进行单倍型定相，并通过同源片段追溯（identity-by-descent, IBD）识别到‘莎巴珍珠’家系群体中保守的高频遗传片段。进一步联合早晚熟群体间的选择清除信号，葡萄果实成熟有关的数量性状遗传位点（quantitative trait locus, QTL），葡萄果实发育过程基因表达量以及候选基因在早晚熟群体间等位基因频率差异分析等，确定了与‘莎巴珍珠’家系群体果实成熟期变异有关的核心单倍型和关键遗传片段。这些遗传片段共涵盖了47个与早熟性状有关的候选基因。
通过对这些核心单倍型分析，一个与果实成熟期变异有关的优势单倍型H1被鉴定出来，具有优势单倍型H1的品种往往表现出更短的果实发育天数。H1包含编码叶酸转运蛋白的VIT_16s0039g00720（VvFBT）基因，该蛋白存在错义突变且在早熟家系群体中频率较高。进一步分析表明VvFBT在葡萄转色期高表达，其同源基因在呼吸跃变与非呼吸跃变果实成熟过程中也发挥重要作用。此外，与对照组相比，外源叶酸溶液处理可以史‘巨峰’葡萄果实提前成熟。这些结果表明，VvFBT在启动葡萄浆果成熟方面发挥了重要作用。
综上，该研究解析了‘莎巴珍珠’葡萄家系早熟性状的遗传与变异基础，并鉴定到了与葡萄果实成熟期变异有关的核心单倍型和遗传片段，可以为早熟葡萄的分子育种提供理论依据。
河南科技大学园艺与植物学院/河南省园艺植物品质调控研究中心郭大龙教授为本文通讯作者，硕士研究生何光琪为本文第一作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、河南科省高校科技创新团队研究计划项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac539
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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