苦瓜高密度遗传图谱构建及关键园艺性状QTL分析揭示株型、果实发育与疣状特征的遗传调控机制

为解决苦瓜(Momordica charantia)关键园艺性状遗传基础不明的问题，研究人员通过构建F2/F2:3群体，利用全基因组测序技术开发2,605个bin SNP标记，定位到22个控制株型（AIL/LBN）、果实大小（MFL/SMFW）及疣状特征（FWT/FWD）的QTL，其中lbn3.1、mfl5.1和fwf4.1等主效QTL可解释6.14-68.12%表型变异。研究为苦瓜分子设计育种提供了高精度标记资源，并为候选基因克隆奠定基础。

　　

苦瓜作为亚非地区重要的药食同源作物，其抗糖尿病、抗肿瘤等药理价值日益受到关注。然而，与黄瓜、西瓜等近缘物种相比，苦瓜遗传研究明显滞后——早期仅依靠RAPD、AFLP等低通量标记，2017年首个基因组草图发布前，关键农艺性状的遗传调控机制几乎空白。尤其令人困惑的是，为何同一苦瓜品种在不同产区会形成截然不同的果实形态？广东消费者偏爱光滑直条形果实，而汕头市场却青睐短粗多疣品种。这种多样性背后是否存在稳定的遗传调控网络？为破解这一难题，海南大学的研究团队展开了系统性研究。

研究人员选用表型差异显著的野生型自交系HNU004（多分枝、短果、密疣）与栽培型HNU025（少分枝、长果、少疣）构建178株F₂群体及F_2:3家系，通过全基因组重测序（亲本25×/子代10×覆盖度）开发标记，采用Binmarker_v2.3软件构建包含2,605个bin标记的高密度图谱（平均间隔0.93 cM）。利用R/qtl软件进行复合区间定位（CIM）和多QTL模型（MQM）分析，结合三环境（温室/大田）表型数据，最终锁定22个QTL，并通过qPCR验证候选基因表达模式。

3.1. 全基因组重测序鉴定2,605个SNP bin标记
基于OHB3-1_v2.0参考基因组，从333,831个高质量SNP中筛选出符合孟德尔分离的"aaxbb"型标记，构建的遗传图谱覆盖11个连锁群。值得注意的是，Chr3和Chr4存在因亲本远缘或标记缺失导致的作图间隙，这为后续QTL精细定位带来挑战。

3.2. 178株F₂及F_2:3群体表型变异
亲本间呈现极端表型分化：HNU004侧枝数（LBN）达18条、果实长度（MFL）仅40.5 mm、疣密度（FWD）评分3级；而HNU025对应性状分别为0条、173.0 mm和1级。F₂群体出现超亲分离，如单果重（SMFW）变异范围达54.3-865.2 g。相关性分析揭示MFL与SMFW显著正相关（r=0.75-0.83），而疣大小（FWS）与密度呈强负相关（r=-0.77至-0.93）。

3.3. QTL分析鉴定22个位点
发现3个控制节间长度（AIL）的新QTL，其中ail9.1解释13.47%表型变异。侧枝数主效QTL lbn3.1（Chr3）含96个基因，其候选基因Moc03g28260（编码HOX蛋白ROC2）在HNU004分枝组织中表达量显著升高。果实长度关键位点mfl5.1（Chr5）内，Moc05g28880（IQM6蛋白）和Moc05g29850（ILR1-like水解酶）在长果材料中特异性高表达。疣性状核心调控区fwf4.1（Chr4）与已报道的cr（McEPFL2）基因座重叠，而新发现的fwf6.1（Chr6）候选基因Moc06g04450（auxin外排载体）在疣发育早期差异表达。

3.5. QTL间潜在互作关系
效应图分析显示，mfl5.1对mfl6.1具有显性上位性——当mfl5.1为P₂等位基因时，mfl6.1基因型不影响果实长度。而lbn10.1与lbn5.1存在协同效应，双杂合基因型可使侧枝数增加35%。

这项研究首次绘制了苦瓜株型与果实形态的遗传调控网络，发现ROC2同源基因可能通过调控分枝发育影响产量，而SUN家族基因IQM6的变异与果实伸长密切相关。特别值得注意的是，苦瓜疣状特征由独立于黄瓜Tu位点的McEPFL2通路调控，这为葫芦科作物表皮形态多样性研究提供了新视角。研究成果发表于《Horticultural Plant Journal》，不仅为苦瓜分子设计育种提供了lbn3.1、mfl5.1等精准标记，其建立的F_2:3群体和高密度图谱更为后续基因克隆与功能研究奠定了资源基础。