近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉志彪教授團(tuán)隊(duì)通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）對27個(gè)株型相關(guān)產(chǎn)量性狀進(jìn)行了系統(tǒng)的高通量遺傳解析，揭示了番茄株型相關(guān)產(chǎn)量性狀的遺傳基礎(chǔ)，為番茄高產(chǎn)育種奠定了重要理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究以“Genome-wide association study reveals the genetic architecture of 27 agronomic traits in tomato”為題，在線發(fā)表于Plant Physiology。

　　番茄是世界第一大種植和消費(fèi)蔬菜，也是我國第一大設(shè)施蔬菜。近20年來，我國番茄種植面積趨于穩(wěn)定，但是產(chǎn)量還是穩(wěn)步提升，這主要是得益于番茄高產(chǎn)新品種和栽培新技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。目前，與產(chǎn)量直接相關(guān)的性狀（如果實(shí)大小）已經(jīng)得到了很好的研究，共有30多個(gè)果實(shí)大小QTL被鑒定。然而，其他與產(chǎn)量相關(guān)的性狀，如花序位置、花序結(jié)構(gòu)和葉片氣孔密度等，也對番茄的產(chǎn)量至關(guān)重要。因此，了解這些產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳結(jié)構(gòu)可以為高產(chǎn)育種提供信息。

 

　　本研究首先收集了66份來自廣西西南部山區(qū)的番茄地方品種，并對其進(jìn)行了重測序。這些地方品種果實(shí)小而紅，皮薄，具有寶貴的品質(zhì)和抗性遺傳資源。群體遺傳學(xué)分析顯示廣西番茄和櫻桃番茄（S. lycopersicum var. Cerasiforme，CER）聚類到一起，正好將南美櫻桃番茄與非南美櫻桃番茄隔開。這個(gè)結(jié)果說明我國廣西番茄種質(zhì)是番茄在野生番茄在南美經(jīng)馴化后引入到我國，再經(jīng)過獨(dú)立馴化而得到的新亞組，在基因組水平上有其特異性。利用該重測序數(shù)據(jù)，結(jié)合之前已報(bào)道的539份番茄種質(zhì)的重測序數(shù)據(jù)，構(gòu)建了改良的番茄單倍型圖譜，為番茄研究和育種提供了有價(jià)值的資源。對605份（66+539）番茄資源共27個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行表型分析發(fā)現(xiàn)，這27個(gè)農(nóng)藝性狀之間具有較強(qiáng)的表型相關(guān)性。利用高分辨率單倍型圖譜，我們對這27個(gè)性狀進(jìn)行了GWAS，共鑒定到了129個(gè)QTL位點(diǎn)。進(jìn)一步對這129個(gè)關(guān)聯(lián)顯著位點(diǎn)與番茄馴化改良過程中的受選擇位點(diǎn)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在番茄育種過程中，特別是改良過程中，共有25個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀對應(yīng)的51個(gè)信號位點(diǎn)受到人工選擇。本研究為番茄馴化改良過程中產(chǎn)量相關(guān)性狀的馴化提供了遺傳基礎(chǔ)，

 

　　對候選位點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)，除了一些功能已知的調(diào)控基因之外，我們還發(fā)現(xiàn)了很多可信度高的候選基因。例如，葉片氣孔密度的GWAS定位到一個(gè)編碼鋁活化蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的候選基因SlALMT15。利用CRISPR/cas9技術(shù)敲除SlALMT15不僅證實(shí)了其在氣孔形成中的作用，而且揭示了其在番茄干旱脅迫耐受中的重要作用。

 

　　本研究揭示了番茄重要產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳和基因組基礎(chǔ)，為番茄的分子標(biāo)記輔助育種和改良提供了豐富的信息。我校園藝林學(xué)學(xué)院葉杰副教授，王文乾博士后及康奈爾大學(xué)博士后王昕為論文并列第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)葉志彪教授和康奈爾大學(xué)費(fèi)章軍教授為論文通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才啟動費(fèi)等項(xiàng)目資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Tomato （Solanum lycopersicum） is a highly valuable fruit crop, and yield is one of the most important agronomic traits. However, the genetic architecture underlying tomato yield-related traits has not been fully addressed. based on ～4.4 million single nucleotide polymorphisms obtained from 605 diverse accessions, we performed a comprehensive genome-wide association study for 27 agronomic traits in tomato. A total of 239 significant associations corresponding to 129 loci, harboring many previously reported and additional genes related to vegetative and reproductive development, were identified, and these loci explained an average of ～8.8% of the phenotypic variance. A total of 51 loci associated with 25 traits have been under selection during tomato domestication and improvement. Furthermore, a candidate gene, Sl-ACTIVATED MALATE TRANSPORTER15, that encodes an aluminum-activated malate transporter was functionally characterized and shown to act as a pivotal regulator of leaf stomata formation, thereby affecting photosynthesis and drought resistance. This study provides valuable information for tomato genetic research and breeding.

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab230