黄瓜果柄长度遗传调控新机制解析：多基因协同作用与机械化采收育种应用

本研究通过全基因组关联分析(GWAS)系统解析了黄瓜(Cucumis sativus L.)果柄长度(FPL)的遗传基础。研究人员对266份核心种质进行多环境表型鉴定，鉴定到gFPL2.1等5个显著位点，挖掘出CsaV4_2G003418(bZIP转录因子)等4个关键候选基因。研究揭示了FPL的定量遗传特性及生态型分化规律，为黄瓜机械化采收品种选育提供了分子标记和理论支撑，对推动蔬菜产业智能化发展具有重要意义。

　　

在现代化农业快速发展的今天，黄瓜作为全球重要的设施栽培作物，其生产过程的机械化水平直接影响产业效益。然而，黄瓜果柄长度(fruit pedicel length, FPL)这一关键农艺性状却成为制约机械化采收的瓶颈因素——过短的果柄使得机械手难以精准抓取，导致采收效率低下。尽管前人研究表明FPL可能受多基因控制，但具体的遗传调控机制仍不明确，相关基因更是未见报道。

为了解决这一产业难题，中国农业科学院蔬菜花卉研究所的研究团队在《Scientia Horticulturae》上发表了最新研究成果。他们通过对266份黄瓜核心种质资源进行多环境表型鉴定和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)，系统解析了FPL的遗传架构，并成功挖掘出多个关键调控基因。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先收集了266份具有全球代表性的黄瓜核心种质资源；采用多环境(2024年5月和9月)田间试验进行FPL表型精准鉴定；利用全基因组重测序数据进行GWAS分析，采用FAST-LMM算法和最佳线性无偏预测(BLUP)值进行关联分析；通过连锁不平衡(LD)分析和单倍型鉴定筛选候选基因；结合qRT-PCR技术验证基因表达模式。

研究结果显示出丰富的表型变异：FPL在两种环境中分别呈现0.60-5.10 cm和0.67-5.65 cm的连续变异，变异系数达44.13%-45.85%。通过聚类分析将种质分为长果柄(Group I，63份)、中果柄(Group II，117份)和短果柄(Group III，86份)三类。生态型分析发现欧洲生态型多具长果柄，而印度和腌渍生态型则以短果柄为主。

GWAS分析共鉴定到5个显著关联位点：gFPL2.1、gFPL3.1、gFPL3.2、gFPL5.1和gFPL7.1，其中chr.3、5、7上的位点为首次发现。通过LD分析和单倍型验证，研究人员成功挖掘出4个关键候选基因：位于gFPL2.1的CsaV4_2G003418(编码bZIP转录因子)，该基因启动子区存在25-bp缺失变异，Hap2单倍型与长果柄显著相关且在欧洲生态型中特异分布；位于gFPL3.1的CsaV4_3G001234(编码NPF转运蛋白)，其第三外显子存在Leu→Ser非同义突变；位于gFPL3.2的CsaV4_3G004527(编码AP-4囊泡运输复合体亚基)，在第四和第八外显子分别存在Ser→Gly和Arg→Lys突变；位于gFPL7.1的CsaV4_7G000548(编码RNA聚合酶II中介体复合物)，存在启动子区46-bp缺失和外显子区终止密码子提前获得突变。qRT-PCR分析进一步验证了这些基因在长短果柄材料中的表达差异。

讨论部分指出，本研究首次通过GWAS系统解析了黄瓜FPL的遗传基础，发现的多个新位点与以往基于分离群体的QTL定位结果既有重叠又有拓展，体现了自然群体遗传多样性的优势。候选基因功能分析表明，FPL调控涉及转录调控(bZIP)、营养物质转运(NPF)、囊泡运输(AP-4)和转录中介体(Mediator)等多重机制，可能与植物激素(生长素、细胞分裂素、赤霉素)信号通路存在密切联系。欧洲生态型中特异分布的长果柄单倍型为机械化采收育种提供了宝贵的遗传资源。

该研究不仅填补了黄瓜果柄长度遗传研究的空白，更为分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)育种提供了精准靶点。通过开发位点特异性引物或功能标记，可在育种早期世代实现目标基因型的快速检测，显著提高育种效率。这些发现为选育适宜机械化采收的黄瓜新品种奠定了理论基础，对推动蔬菜产业智能化升级具有重要实践意义。