苹果单果重性状的精细定位研究

Apple (Malus × domestica) is the first fruit in China with the largest cultural areas and production of the world. Consumers prefer larger fruit in the fierce market competition. Fruit weight is an important indication for apple external qualities, controlled by genotype as well as influenced by environment easily. Although spraying plant growth regulator analogues can change the fruit weight significantly, reveal the genetic control factors are the fundamental approach for breeders to change the fruit weight. In this experiment, 217 seedlings crossed by ‘Goden Delicious’ and ‘Fuji’ and 103 malus accessions are used to carry on the research. The strategy combined QTL-mapping, GWAS and QTL-seq will be adopted to detect the quantitative trait loci for fruit weight. Once obtained QTL intervals, gene function, gene structure and protein level analysis will be performed to predict fruit weight candidate genes. In the end, the malus accessions displayed extreme phenotypes will be used to verify the candidate genes in the development of fruits in the genomic and transcriptional levels. The fine mapping will display the inheritance of fruit weight which can serve for large apple breeding.

苹果是我国第一大水果，产量和面积均居世界首位，在激烈的市场竞争中，大果品种备受消费者青睐。苹果单果重是苹果外观品质的重要指标，是品种的固有属性，受基因型的控制，同时易受环境的影响，外施生长调节剂之类的药剂也能显著改变果实的大小，但从遗传方面揭示果实大小控制因子是改变苹果果实大小的根本途径，本研究以217株‘金冠×富士’杂交F1代，103份苹果属资源为试材，采用QTL-mapping、全基因组关联分析、QTL-seq 三种数量性状定位策略相结合的方法对单果重性状QTL定位，随后根据定位到的QTL区段，从基因功能、结构、表达以及蛋白水平多个角度进行解析，最终获得决定单果重的候选基因，随后利用具有极端表型的单株进行基因组水平和转录组水平的验证，实现对苹果单果重性状的精细定位，从而揭示苹果单果重遗传规律，为培育大果品种奠定基础。

果实大小是衡量苹果外观品质的重要指标之一。果实大小主要受品种特性、栽培条件、植物激素等多种因素的影响，是多基因控制的数量性状。多种因素的影响使得果实大小育种变得复杂。其中遗传因素是果实大小的决定因素，主要是通过控制细胞的分裂和膨胀进行调节，外施植物生长调节剂之类的药剂也能显著改变果实的大小，因此参与调节细胞发育和植物激素信号的基因是苹果果实大小的重要调控因子。本项目通过开发SLAF分子标记，构建了217株‘金冠’ב富士’分子标记遗传连锁图谱，并连续6年对果实大小性状调查评估，采用Kruskal-Wallis 和Interval Mapping 两种作图方法对果实大小性状进行鉴定，KW共检测到50个QTL，IM检测到46个QTL，分别定位于LGs 1, 3, 5, 10, 11, 13, 16上，热点连锁群为LG5，LG10和LG16，检测到单果重、果实纵径、果实横径重合的QTL，并且多个QTL 在年份间稳定存在。通过分子标记对应的染色体位置，将定位的QTL整合成3个区域，Chr05：27125505-43658006 bp，Chr10：36231289-37829515 bp，Chr16：956808-6034803 bp，分别包含1639，191，751个基因。重点关注与细胞分裂与膨胀，生长素、细胞分裂素、赤霉素相关信号调控，器官大小调节等基因。预测到339个候选基因（Chr05：232个；Chr10:23个；Chr16：84个）。同时，大果（LF）和小果（SF）在花后30天和60天的转录组数据显示，分别有2635和3922个差异表达基因（DEGs），QTL鉴定的339个候选基因，有41个基因在30d或是60d差异表达，其中30d有23个，60天有23个，两个时期都差异表达的有5个。.这些结果将揭示苹果果实大小的分子调控机制，为开发苹果育种基因标记提供基础依据。本次研究鉴定出41个潜在的调控果实大小的基因，在此过程中得到了15个SLAF分子标记，将这些SNP标记转化为更加实用的SSR或SCAR标记是最近的工作重点，对于后期的果实大小分子辅助育种具有重要意义。