Nature Commun. | 南京农业大学在梨分子育种领域取得重要进展

2021年2月18日，Nature Communications在线发表了题为“Genome-wide association studies provide insights into the genetic determination of fruit traits of pear”的研究论文，标志着梨分子育种领域取得又一重要新进展。

中国是梨的起源地，不仅拥有丰富的梨品种资源，也是世界第一大梨生产国，栽培面积和产量均占世界70%以上。目前，我国生产上的主要栽培品种仍以传统地方品种为主，无法满足消费者对优质梨果的多样化需求。而梨作为多年生果树，不仅具有较长的童期，且表现典型的自交不亲和性，利用传统杂交选育新品种周期长、效率低，亟待发展分子育种技术实现重要性状的高效遗传改良。

该研究以具有丰富遗传多样性的砂梨品种资源为研究对象，对312份自然群体进行全基因组遗传变异解析，共获得2.15T重测序数据，鉴定3.4M SNP。通过对地方梨品种和人工选育品种的群体分析发现，改良过程中11.2Mb的区间表现出较强信号（图1），对比已开展的梨驯化研究（Jun Wu et al, Genome Biolgoy, 2018），发现梨果实的石细胞、糖、酸等性状在驯化和改良过程中均受到了持续的选择，而果实大小等性状只在驯化过程中受到选择。

图1 砂梨改良过程的选择清除信号和11个果实性状全基因组关联分析

进一步对梨果实单果重、色泽、石细胞等8个品质性状和果实发育天数等3个物候期性状开展全基因组关联分析（GWAS），共获得42个关联区间，其中包括已知功能基因、并与部分性状的已知QTL定位相吻合。同时，关联分析也获得了多个与梨果实重要性状相关的未知功能基因（图1）。为探索未知基因对性状形成的影响，研究选择了石细胞这一影响梨品质的重要性状，开展了基因功能验证，结合表型数据、转录组、系统进化关系等分析，锁定了新基因——PbrSTONE，并通过梨果实的瞬时转化体系和拟南芥的稳定转化体系，证实了PbrSTONE可以调控梨果实石细胞和主要组分木质素的形成，并明确了其与木质素合成通路中关键基因PbrC3H存在互作关系，从而协同调控石细胞组分木质素的合成机制（图2）。

图2 PbrSTONE参与调控石细胞组分木质素合成的功能验证

开展梨品种资源的遗传变异和果实相关性状的GWAS研究，不仅为梨的群体遗传特征、品质性状分子标记的开发提供了大量的遗传位点信息，同时为挖掘未知功能新基因提供了有效途径，研究结果将为多年生果树分子育种技术开发和复杂性状的调控机制解析提供极有价值的参考。

该研究以南京农业大学张明月、薛程、李甲明、薛雍松博士，以及湖北省农科院果茶所胡红菊研究员为共同第一作者，南京农业大学吴俊教授、张绍铃教授、康奈尔大学费章君教授为共同通讯作者。同时，中国农科院作科所邹枨副研究员、福建农林大学陈栩教授、康奈尔大学吴珊博士为项目研究提供了数据分析和实验方面的指导和帮助。研究工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上和青年项目、国家梨产业技术体系、江苏省梨产业技术体系、中国博士后项目、美国国家科学基金的资助。