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为解析甜瓜甜度遗传机制，研究人员开展元遗传分析，明确 QTLs 及相关性，助力甜瓜育种。
甜蜜背后的遗传奥秘：甜瓜甜度元遗传分析
在水果的世界里，甜瓜凭借其甜蜜的口感深受人们喜爱。甜瓜的甜度，是决定其品质和消费者接受度的关键因素。然而，甜瓜甜度的遗传机制却如同一个神秘的宝藏，等待着科研人员去挖掘。过去的研究虽然已经取得了一些进展，发现了超过 80 个与甜度相关的数量性状位点（QTL），但这些研究大多是孤立的，缺乏一个全面统一的视角。不同研究之间的结果难以整合，使得我们对甜瓜甜度遗传的全貌认识不足。此外，甜瓜甜度与其他果实性状之间的关系也尚不明确，这给甜瓜的育种工作带来了挑战。因此，深入探究甜瓜甜度的遗传机制，构建一个全面的遗传框架，对于提高甜瓜品质、满足消费者需求具有重要意义。
为了揭开甜瓜甜度遗传的神秘面纱，来自以色列农业研究组织（Agricultural Research Organization）等机构的研究人员展开了一项深入的研究，相关成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》上。
研究人员采用了多种先进的技术方法来开展此项研究。在实验材料上，使用了六个不同的群体，涵盖 180 个不同的甜瓜品种，这些品种代表了 3 个亚种和 12 个栽培品种组，从不同角度为研究提供了丰富的遗传资源。在基因定位方面，运用了全基因组关联分析（GWAS）和 QTL 定位技术。通过对不同群体进行基因组测序和表型分析，精确地定位与甜瓜甜度相关的基因位点。同时，利用生物信息学工具对大量的基因数据进行处理和分析，挖掘基因之间的相互作用和遗传规律。
下面让我们一起来看看研究的具体成果：
- TSS 和糖成分的特征分析：研究人员对 Melo180 群体的总可溶性固形物（TSS）和糖成分进行了详细分析。结果显示，TSS 具有中等到高的广义遗传力（H2=0.71）。通过对成熟果实果肉中蔗糖、葡萄糖和果糖的定量分析，再次证实了总糖含量（以及其相关描述符 TSS）的变化主要由蔗糖含量的变化所解释，而单糖葡萄糖和果糖的含量变化较小 。这一发现为后续研究指明了方向，即蔗糖代谢在甜瓜甜度形成中起着关键作用。
- TSS 的遗传模式解析：为了深入了解 TSS 在甜瓜中的遗传模式，研究人员分析了 HDA20 半双列杂交群体。通过对多年的田间试验数据进行分析，发现 TSS 的遗传具有显著的加性成分，亲本均值能够解释 190 个杂交群体中F1杂种 TSS 变异的 73% 。同时，也观察到显性效应在许多杂种中仍然显著，部分杂种甚至表现出超显性。这表明在甜瓜育种中，利用杂种优势提高甜度是可行的，但也需要考虑到显性效应带来的影响。
- TSS QTLs 的定位研究：研究人员在四个双亲子代群体中进行了 TSS QTLs 的定位。通过对三个双亲子代群体的 DNA 进行全基因组重测序，平均测序深度达到～30×，并结合选择性表型分析，成功鉴定出多个与 TSS 相关的 QTLs 。在 SAS×DOYA F5群体、TAD×QME F6群体和 TAD×PI164323 F6群体中，分别发现了不同数量的显著影响 TSS 的基因组区域。此外，在 TAD×DUL 重组自交系（RIL）群体中也进行了 QTL 定位，进一步验证了一些 QTLs 的存在。这些 QTLs 的发现为甜瓜甜度的遗传改良提供了重要的靶点。
- TSS QTLs 的综合分析：为了获得对 TSS QTLs 更全面的认识，研究人员整合了五个群体的研究结果，并结合 15 项已发表的甜瓜甜度 QTL 研究，构建了综合图谱。分析发现，至少 132 个与甜度相关的 QTLs 分布在不同的实验中，其中一些 QTL 区间在多个实验中重叠，表明这些区域可能是控制甜瓜甜度的关键区域 。同时，也发现了一些独特的 QTLs，为进一步研究甜瓜甜度的遗传多样性提供了线索。
- QTLs 的相互作用和累积效应探究：研究人员对 TSS QTLs 之间的相互作用和累积效应进行了深入研究。通过分析不同群体中主要 QTLs 之间的成对相互作用，发现一些 QTL 对表现出完全加性，而另一些则表现出超加性上位性相互作用 。此外，研究还表明，堆叠多个有利的 QTLs 可以显著提高 TSS，这为通过基因聚合育种提高甜瓜甜度提供了理论依据。
- TSS 与其他性状的相关性分析：利用丰富的数据集，研究人员分析了 TSS 与果实成熟行为和果实大小的相关性。结果发现，TSS 与平均果实重量（AFW）的相关性较弱，且相关性的方向取决于亲本的果实大小和甜度特征，表明这种相关性主要是由遗传连锁引起的 。同时，发现 TSS 与收获天数（DTH）呈显著正相关，与乙烯排放呈弱负相关，这表明果实成熟过程中蔗糖积累与果实发育时间和成熟行为密切相关。
综合来看，这项研究通过对甜瓜甜度的元遗传分析，深入揭示了甜瓜甜度的复杂遗传结构。研究结果为甜瓜育种提供了重要的理论指导，有助于育种者通过标记辅助选择技术，更有效地堆叠有利的甜度等位基因，培育出更甜的甜瓜品种 。同时，研究中对遗传相关性的分析，也为在育种过程中同时优化多个果实性状提供了参考。此外，该研究提出的构建甜瓜甜度泛 QTLome 的框架，为未来进一步深入研究甜瓜甜度的遗传机制奠定了基础。从更广泛的角度来看，这种对复杂性状遗传机制的深入研究，也为其他作物的遗传改良提供了借鉴，有望推动整个作物遗传学领域的发展。
