荔枝果实品质遗传基础的多组学解析：蔗糖转化酶基因LcSAI调控糖分组成的关键作用

本研究通过全球276份荔枝种质资源的全基因组重测序和21项果实品质性状分析，揭示了荔枝群体遗传结构分化为4个亚群，鉴定出54M高质量SNP。研究人员发现蔗糖转化酶基因LcSAI通过催化蔗糖分解调控果实糖分组成，开发了相关分子标记，同时挖掘出LcWAK22等种子发育关键基因，为荔枝品质改良提供了重要遗传资源和理论依据。

　　

荔枝作为东南亚地区重要的经济作物，其独特风味和营养价值备受青睐。然而长期以来，关于荔枝遗传多样性及其果实品质调控的遗传基础仍存在巨大认知空白。尽管前人通过表型分析评估了部分种质资源，但核心种质中蕴含的丰富遗传变异尚未被充分挖掘。特别是在果实品质方面，种子大小不稳定和糖分组成差异等关键农艺性状的分子机制不明，严重制约了荔枝的定向育种进程。

广东省农业科学院果树研究所联合华南农业大学的研究人员，在《Genome Biology》发表了全球首个大规模荔枝果实品质遗传解析研究。通过对276份全球收集的荔枝种质进行全基因组重测序和21项果实品质性状的系统评价，研究人员构建了包含3.54M高质量SNP的遗传变异图谱，将荔枝群体划分为云南组(YNG)、海南组(HNG)和福建广东组(FGG1/FGG2)四个亚群。通过EigenGWAS和全基因组关联分析，不仅鉴定了调控种子发育的关键基因如LcWAK22和LcNAC41，更首次揭示了蔗糖转化酶基因LcSAI通过催化蔗糖分解为还原糖来调控果实甜度的分子机制。该研究开发的524-bp缺失标记可准确区分蔗糖积累型(SA)和还原糖积累型(RA)品种，为分子标记辅助育种提供了重要工具。

研究采用的主要技术方法包括：1)对276份荔枝核心种质进行20×深度全基因组重测序；2)基于4DTV位点构建最大似然系统发育树；3)使用EigenGWAS分析群体结构特征与表型的关联；4)结合BLINK和FarmCPU模型进行全基因组关联分析；5)通过转基因番茄验证LcSAI功能；6)利用HPLC测定190份材料的糖分组成。

群体遗传分析显示，荔枝种质可分为四个亚群：云南组(YNG)包含云南野生种和极早熟品种，遗传多样性最低(π=7.2e-4)；海南组(HNG)包含海南野生种和晚熟品种；福建广东组(FGG1/FGG2)则主要为栽培品种。PC2主成分与果实大小(r=0.77)和种子重量(r=0.69)显著相关，表明人工选择在驯化过程中塑造了这些性状。

种子发育研究发现，败育型品种(如糯米糍)在花后10-15天(DAA)即出现胚乳退化。转录组分析鉴定出2136个差异表达基因，其中胆碱转运蛋白基因LcCTL1在败育品种中高表达。GWAS定位到8个与种子横径相关的SNP位点，其附近的LcWAK22(细胞壁关联激酶)和LcNAC41(NAC转录因子)在正常种子中持续高表达，暗示它们在胚乳发育中的关键作用。

糖代谢研究取得突破性发现：GWAS在7号染色体定位到显著关联峰，位于蔗糖转化酶基因LcSAI内含子区。携带"G:G"基因型的品种还原糖含量显著增高，而"A:A"型则积累更多蔗糖。转基因实验证实，过表达LcSAI的番茄果实中转化酶活性提高3.5倍，还原糖含量增加47%，果实体积却减小25%。研究人员进一步开发出基于524-bp缺失的分子标记，可准确区分SA(700bp条带)、RA(1150bp条带)和中间型(双条带)品种。

该研究首次系统解析了荔枝果实品质的遗传基础，不仅为理解荔枝驯化历史提供了新视角，更重要的是鉴定了LcSAI这一调控糖分组成的关键基因。开发的分子标记可直接应用于育种实践，加速优质品种选育进程。发现的种子发育相关基因为解决荔枝种子败育不稳定这一产业难题提供了新思路。这些成果将推动荔枝从传统经验育种向分子设计育种的跨越式发展，对其它果树作物的品质改良也具有重要借鉴意义。