多组学联合解析荔枝花序性状与坐果率调控机制：关键基因UBP1和SEC3A的发现及其育种应用价值

本研究通过GWAS结合转录组学揭示了荔枝花序发育与坐果率的关键调控基因。研究人员收集219份荔枝种质资源，系统评估8个花序表型性状，发现NSLI(次级侧花序数)和NFFI(雌花数/花序)与坐果率显著负相关。通过全基因组关联分析鉴定到UBP1相关蛋白等5个关键基因，其通过赤霉素信号传导和代谢途径调控花序发育。该研究为荔枝分子育种提供了重要靶点，对提高热带水果产量具有重要指导意义。

　　

广东省农业科学院果树研究所的研究人员针对荔枝这一重要热带亚热带水果产业中存在的"千花一果"产量瓶颈问题，开展了开创性的多组学研究。作为原产中国的特色水果，荔枝栽培历史可追溯至公元前211年，但长期以来其低产问题制约产业发展。前人研究表明花序大小和雌花数量是影响坐果率的关键因素，但分子调控机制尚不明确。为此，研究团队在《BMC Genomics》发表的研究成果，首次系统阐明了荔枝花序性状与坐果率的遗传基础。

研究采用GWAS(全基因组关联分析)结合转录组学的多组学策略。关键技术包括：收集219份全球荔枝种质资源建立表型数据库；测量8个核心花序性状；基于FarmCPU模型进行GWAS分析；选择典型品种Edanli(疏花序)和Houxian(密花序)进行三阶段(S1-S3)转录组测序；通过qRT-PCR验证候选基因表达模式。样本来源于国家荔枝种质资源圃，覆盖中国七大产区及11个国家的种质。

【结果分析】
材料与方法部分显示，219份种质资源表现出丰富的遗传多样性，其中雌花数/花序(NFFI)的变异系数高达61.99%，是区分品种的最显著性状。相关性分析揭示，坐果率与受精率(FR)呈正相关，与NSLI、NII和NFFI显著负相关(p<0.05)。主成分分析(PCA)将70个高坐果率(>70%)和74个低坐果率(<30%)品种明显区分。

GWAS分析中，研究人员采用FarmCPU算法，在NSLI性状上鉴定到1个显著SNP位点(染色体1:28,261,616bp，p=4.78×10^-9)，在NFFI性状上发现12个显著位点。通过200kb区间基因筛选，确定5个关键候选基因：编码UBP1相关蛋白的LITCHI016073、溶质载体家族成员LITCHI019855、外泌体复合体组分SEC3A(LITCHI011125)、酸性磷酸酶(LITCHI025977)和烯醇酶(LITCHI023264)。

转录组验证部分，选择典型品种Edanli和Houxian进行三阶段(S1-S3)测序。PCA显示两品种基因表达模式显著分离。差异基因主要富集在催化活性和转移酶活性等分子功能类别，涉及代谢途径和次级代谢物合成。qRT-PCR证实，在密花序品种Houxian中，LITCHI016073、LITCHI011125、LITCHI025977和LITCHI023264表达量显著高于疏花序品种，而LITCHI019855表达模式相反。

【结论与意义】
研究首次系统解析了荔枝花序发育与坐果率的分子调控网络：UBP1相关蛋白可能通过赤霉素信号途径调控花序发育；溶质载体家族影响雌花数量；SEC3A通过囊泡运输、酸性磷酸酶通过磷酸循环、烯醇酶通过糖酵解途径共同调控雌花发育。这些发现为理解荔枝"花多果少"现象提供了分子解释。

该研究的创新价值体现在：建立首个荔枝花序性状GWAS分析体系；发现5个具有育种应用潜力的关键基因；提出的"优化花序结构提高坐果率"策略，突破了传统栽培技术局限。研究结果不仅对荔枝分子设计育种具有指导意义，其多组学整合的研究范式也为其他木本果树性状解析提供了方法学参考。未来可通过基因编辑等技术靶向修饰这些基因，培育花序紧凑、坐果率高的新品种，从根本上解决荔枝产业面临的产量瓶颈问题。