北方中国莲单瓣与重瓣性状连锁分子标记的开发与应用

《Horticulture Advances》：Development and application of molecular markers linked to single and double flowers in northern Chinese lotus (Nelumbo nucifera)

本研究针对莲花育种中传统方法依赖花期表型鉴定、耗时长（1-3年）且成本高的问题，通过QTL定位和全基因组重测序技术，在染色体5的0.90-4.40 Mb区间筛选出与单/重瓣性状紧密连锁的SNP标记H8（Chr.5: 1,400,097 bp）。验证表明，该标记在亚洲莲（除江南单瓣品种外）杂交后代中，CC/CT基因型单瓣花预测准确率达100%，TT基因型重瓣花预测准确率为85.7%。该标记为莲花早期育种提供了高效、低成本的分子辅助选择工具，显著提升育种效率。

　　

莲花（Nelumbo nucifera）作为中国十大传统名花之一，不仅具有极高的观赏价值，还在食用、药用及水体净化等领域发挥着重要作用。其花瓣数量的多样性，尤其是重瓣品种，是观赏价值的关键决定因素。然而，传统育种方法需待植株成熟后（1-3年）才能鉴定单瓣或重瓣性状，周期长、成本高，严重制约了优良品种的选育效率。

为解决这一瓶颈，何佳欣等人利用传统品种‘丹洒金’的自交F₁代群体，通过BSA-seq（Bulked Segregant Analysis with sequencing）技术，将控制花瓣数量的QTL（Quantitative Trait Locus）定位在染色体5的0.90-4.40 Mb区间。在该区域内，研究人员通过全基因组重测序（WGS）筛选出78个在单瓣与重瓣样本间基因型差异显著的SNP（Single Nucleotide Polymorphism）和InDel（Insertion-Deletion）位点。其中，位于Chr.5: 1,400,097 bp的C/T SNP位点（标记H8）在42份单瓣和35份重瓣莲花样本中表现出最高的分型一致性。进一步在三组杂交组合的后代中验证显示，携带CC或CT基因型的幼苗100%开放单瓣花，而TT基因型个体开放重瓣花的概率达85.7%。该标记的开发为莲花育种提供了简便、快速、低成本的早期选择手段，有望显著降低生产成本。

主要技术方法

研究以‘丹洒金’自交F₁代群体为材料，通过BSA构建单瓣和重瓣DNA混池，进行30×深度全基因组重测序，利用MutMap+策略、欧氏距离（ED）和G统计量算法进行QTL初定位。在定位区间内，对21份单瓣和15份重瓣样本（包括野生种、栽培种及DNA混池）进行10–20× WGS，筛选基因型差异显著的SNP/InDel位点。通过PCR扩增和Sanger测序验证标记有效性，并在89株杂交后代中进行应用评估。

研究结果

1. 莲花单/重瓣性状的QTL染色体区间

通过‘丹洒金’自交后代的花瓣表型统计（单瓣:重瓣≈3:1），确认单瓣为显性性状。BSA分析显示，在染色体5的0.90-4.40 Mb区间存在显著QTL（△(SNP-index)和ED算法支持，99%置信区间），该区域包含204个基因，与既往GWAS结果一致。连锁不平衡（LD）分析表明区间内SNP的r²值稳定在0.6–0.7，提示强连锁效应。

2. 与单/重瓣性状紧密连锁的SNP/InDel标记

在QTL区间内初筛出57个SNP和21个InDel位点，进一步手动筛选出13个候选标记。其中H8标记（Chr.5: 1,400,097 bp）在单瓣样本中以CC/CT基因型为主，重瓣样本中以TT基因型为主。PCR和测序验证显示，H8位点在北方中国莲单瓣样本中分型准确率达93.1%，重瓣样本中达97.1%（χ²=52.5, p<0.001）。

3. SNP标记H8在北方中国莲中的应用验证

在三组杂交组合的89株后代中，H8标记对单瓣花的预测准确率为100%（54/54），对重瓣花的预测准确率为85.7%（30/35）。表明该标记可用于亚洲莲（除江南单瓣种质外）幼苗期的单/重瓣性状早期筛选。

结论与讨论

本研究首次在莲花中开发出与单/重瓣性状紧密连锁的分子标记H8，解决了传统育种周期长、成本高的问题。值得注意的是，该标记对南方中国莲和美洲莲（N. lutea）的分型效果有限，推测其花瓣数量调控机制存在地域差异。未来可通过构建回交群体或重组自交系（RILs）进一步精细定位QTL区间，提升标记的普适性。H8标记具有操作简便、检测快速（1.5天）、成本低等优势，为莲花及其他观赏植物（如月季、牡丹）的花型育种提供了重要技术参考。

该研究成果发表于《Horticulture Advances》（2025），为莲花分子设计育种奠定了理论基础，并推动了园艺作物性状早期选择技术的发展。