橄榄树盛花期性状的QTL定位与候选基因鉴定研究

《BMC Plant Biology》：QTL mapping and candidate gene identification of the full flowering date trait in olive trees (Olea Europaea L.)

本研究针对全球变暖背景下橄榄树开花物候易受影响的问题，通过构建高密度遗传图谱，对橄榄树盛花期（FFD）进行数量性状位点（QTL）定位。研究在Oliviere × Arbequina F1杂交群体中鉴定出18个显著QTL，其中6个为关键QTL，并发现WRKY71、RLT3、ABI5-like及FTIP1等候选基因可能参与开花调控。该研究为解析橄榄开花遗传基础及培育适应气候变化的新品种提供了重要理论依据。

　　

在地中海地区，橄榄树（Olea europaea L.）不仅是一种重要的经济作物，更承载着深厚的文化底蕴。然而，全球气候变暖的阴影正悄然改变着这片古老土地上的自然节律。未来气候模型预测，全球变暖加剧将对多年生果树的开花物候产生严重影响，橄榄树便是其中之一。冬季气温升高导致需冷量减少，进而可能扰乱橄榄的开花模式，甚至造成显著的产量损失。开花日期是橄榄树年周期中的关键物候阶段，其遗传调控机制尚不明确，尤其是在气候变化的背景下，解析其遗传基础对于培育适应性更强的品种至关重要。

以往的研究表明，橄榄树开花日期受遗传因素控制，且具有较高的遗传力，但其具体的遗传架构，即控制该性状的基因数量、位置及其效应，仍是一个“黑箱”。虽然数量性状位点（QTL）定位和全基因组关联分析（GWAS）已被广泛应用于其他作物中解析表型与基因型的关联，但在橄榄树中的相关研究仍处于起步阶段，特别是针对开花相关性状的高密度SNP（单核苷酸多态性）图谱研究更是凤毛麟角。

为了揭开橄榄树开花日期遗传调控的神秘面纱，一项发表在《BMC Plant Biology》上的研究应运而生。研究人员利用一个橄榄F₁杂交群体（Oliviere × Arbequina），通过在五个不同环境（地点×季节）下进行表型观测，并利用基因分型测序（GBS）技术获得了超过1万个SNP标记，旨在构建高密度亲本遗传图谱，并鉴定与盛花期（FFD）相关的关键QTL和候选基因。

研究人员开展研究的关键技术方法主要包括：利用GBS技术对Oliviere × Arbequina F₁杂交群体（包含156个基因型，其中106个在法国蒙彼利埃和西班牙科尔多瓦两种植点进行克隆繁殖和种植）进行高通量测序和SNP calling；使用伪测交策略和OneMap软件包构建高密度的亲本遗传连锁图谱；基于多年多点（五环境）的表型数据计算最佳线性无偏预测值（BLUPs）用于评估基因型效应和遗传力；运用区间作图法（IM）和逐步QTL建模方法进行QTL定位；最后，结合橄榄参考基因组（Oe9版本）进行候选基因的电子克隆和功能注释。

1. 高通量测序与高密度遗传图谱构建

通过对156个橄榄样品（包括亲本和154个杂交后代）进行GBS测序，研究共获得38,617个SNP。经过严格过滤，最终有27,359个位点用于遗传图谱构建。构建的Oliviere和Arbequina亲本遗传图谱分别包含10,173和10,706个标记，总图距分别为5,949.24 cM和6,884.69 cM，平均标记密度分别为1.79 SNP/cM和1.58 SNP/cM。图谱包含23个连锁群（LG），与橄榄的单倍体染色体数目一致。评估显示，所构建的图谱与橄榄物理参考基因组（Oe9）具有良好的共线性，为后续QTL定位提供了可靠基础。

2. 盛花期表型分析

对105个基因型在五个环境下的盛花期（FFD，按儒略日JD记录）分析显示，FFD在群体中呈现数量分布和超亲分离现象，即部分后代的FFD早于或晚于双亲。FFD在不同环境间差异显著，范围从113到164.33 JD，相差达51.33天。基因型与环境互作（G×E）分析揭示了低到中度的环境间相关性（斯皮尔曼相关系数0.339-0.674）。基于混合模型的广义遗传力（H2）估计值为0.77，表明FFD变异具有强烈的遗传组分。提取的基因型效应BLUPs用于后续的QTL分析。

3. QTL定位分析

利用BLUP数据和单环境数据集，在两个亲本图谱上共检测到106个与FFD相关的QTL，其中大部分（83个）为环境特异性QTL。在BLUP分析中检测到18个显著QTL。通过综合分析，研究人员筛选出6个最相关且一致性较高的关键QTL，包括在双亲图谱上共同检测到的qFDO7/qFDA7（LG07）和qFDO9b/qFDA9（LG09），以及在Arbequina图谱上发现的qFDA3（LG03）、qFDA13（LG13）、qFDA22（LG22）和在Oliviere图谱上发现的qFDO13（LG13）。其中，qFDA13和qFDA22在BLUP分析中分别解释了14.6%和11.6%的表型变异，并具有较高的加性效应（分别为-1.09和+1.15）。多数QTL表现出显性效应模式。

4. 候选基因鉴定

针对上述6个关键QTL区间内的SNP进行候选基因筛选，共研究了86个注释基因。通过基因本体论（GO）分析和同源性比对，鉴定出7个可能与开花日期调控相关的候选基因。例如，在qFDA9中鉴定出与拟南芥WRKY71同源的基因，该基因被报道能直接激活FT和LFY等开花整合子，促进开花；在qFDA3中鉴定出编码DDT结构域蛋白的基因，其同源物RLT3在拟南芥中参与维持营养期状态；在qFDA13中鉴定出FT互作蛋白1（FTIP1）同源基因，可能参与FT蛋白的运输；在qFDO13中鉴定出脱落酸不敏感5样（ABI5-like）蛋白基因，可能通过调控FLC（开花位点C）表达影响开花时间。这些基因涉及转录调控、激素信号转导和蛋白质运输等过程。

该研究成功构建了橄榄树中目前密度最高的遗传图谱，并系统解析了盛花期（FFD）这一复杂性状的遗传架构。研究结果表明，橄榄树的FFD受多基因控制，且受到强烈的基因型与环境互作（G×E）影响。所鉴定的关键QTLs和候选基因为深入理解橄榄开花时间的分子调控机制提供了宝贵的线索。特别是在全球气候变暖导致冬季需冷量变化的背景下，这些发现对于未来通过分子标记辅助选择或基因组选择培育开花时间适应新气候条件的橄榄新品种具有重要的指导意义。研究不仅增进了对橄榄这一重要地中海作物生物学特性的认识，也为其他多年生果树的开花遗传研究提供了可借鉴的方法和思路。未来的研究可以结合GWAS、转录组学和功能基因组学等方法，进一步验证这些候选基因的功能，并深入探索温度等环境因子如何调控这些基因的表达，从而最终实现橄榄产业的可持续健康发展。