苹果小果性状的遗传解析：九个主效位点的互补上位效应及其在分子育种中的应用

本研究通过GWAS和QTL定位，在253份苹果种质中鉴定出9个控制小果性状的主效位点，发现其具有互补上位效应。研究人员开发了147个GenoBaits标记，验证了MdPMEI51、MdTIP1-1和MdARF9基因的功能变异，并构建预测精度达0.8436的GAP模型，为苹果分子设计育种提供了重要工具。

　　

苹果作为全球重要的经济作物，其果实大小直接影响商品价值。然而野生苹果种质普遍存在小果性状，且常与抗病性等优良性状连锁，给育种带来巨大挑战。传统育种需5-6代回交才能剔除小果等不良性状，效率低下。尽管前人鉴定出miRNA172p等部分调控基因，但其无法解释广泛种质中小果性状的遗传机制。这项发表在《Horticultural Plant Journal》的研究，系统解析了苹果小果性状的遗传基础，为分子设计育种提供了新工具。

研究团队采用全基因组关联分析(GWAS)结合前期BSA-seq数据，对253份苹果种质进行多维度分析。关键技术包括：1)基于Illumina HiSeq X10平台的群体重测序；2)开发147个靶向GenoBaits标记；3)利用转基因苹果愈伤组织验证候选基因功能；4)整合9个主效位点构建非加性GAP模型；5)基于552份种质开展等位基因频率分析。

研究结果首先揭示9个主效位点通过互补上位效应调控小果性状。位于2、11、12、14和15号染色体的这些位点中，任何单个位点纯合突变即可导致果实重量<30g。其中Chr12_16 957 078位点(MdTIP1-1基因)效应最强，可解释74.26g表型变异。

在候选基因验证方面，研究发现MdPMEI51的zm2单倍型含5个非同义SNP和15bp缺失，使愈伤组织鲜重降低最显著；MdTIP1-1的K234E突变通过改变蛋白三维结构增强抑制效应；MdARF9的7个连锁SNP虽未改变蛋白结构，但显著抑制细胞增殖。这些基因均参与细胞分裂调控通路。

遗传多样性分析显示，栽培苹果(M. domestica)在主效位点的观测杂合度(H_o=0.04)显著低于野生种，证实驯化过程中的负选择。特别值得注意的是，东方野生种M. baccata携带全部9个位点的纯合突变基因型，而中亚野生种M. sieversii仅保留部分突变，支持后者是栽培苹果主要祖先的假说。

研究构建的育种模型具有重要应用价值。将9个小果位点和7个大果位点作为固定效应加入GAP模型后，预测精度提升至0.8436。模拟选择显示：针对≥100g大果个体的选择效率达85.24%，而剔除<30g小果个体的效率达90.41%。

该研究首次系统阐明了苹果小果性状的多基因调控网络，发现9个主效位点在驯化过程中经历强烈负选择。建立的分子标记体系可精准预测果实大小，显著缩短育种周期。特别值得注意的是，这些位点与抗病性的潜在连锁关系为后续打破不良性状关联提供了研究框架。研究采用的"GWAS+功能验证+预测模型"策略，为其他多年生作物的复杂性状解析提供了范式。