西葫芦重组自交系创制与株高及果形相关性状的QTL分析

《Molecular Breeding》：Development of recombinant inbred lines and QTL analysis of plant height and fruit shape-related traits in Cucurbita pepo L.

本研究针对西葫芦育种中遗传背景狭窄、缺乏高密度遗传图谱与功能分子标记等问题，利用重组自交系群体结合SLAF-seq技术构建高密度遗传图谱，定位到调控株高和果形性状的10个QTL，鉴定出CpDw和CpIAA12等候选基因，开发出准确率达96%–100%的分子标记，为西葫芦分子育种提供了重要理论依据和技术支撑。

　　

西葫芦（Cucurbita pepo L.）作为我国重要的经济作物，在蔬菜产业中占据重要地位。然而，当前西葫芦育种面临严峻挑战：栽培品种遗传背景狭窄、遗传多样性不足、对进口品种依赖性强，加之高质量遗传图谱和功能分子标记的缺乏，严重制约了分子育种技术的应用。株型结构和果实形态是西葫芦育种的核心目标性状，其中株高直接影响种植密度和田间管理，而果实长度、直径、果形指数和单果重等性状则决定了商品价值和市场接受度。尽管前人利用F₂群体和SSR标记开展过部分QTL研究，但结果稳定性差、分辨率低，且缺乏永久群体进行多环境验证。

为了突破这些瓶颈，中国农业科学院蔬菜花卉研究所的王昌林团队开展了系统性研究。他们选择两个具有显著表型差异的自交系JinGL（橡子型）和HM-S2（西葫芦型）为亲本，创制了包含171个株系的重组自交系（RIL）群体。通过特异性位点扩增片段测序（SLAF-seq）技术构建了包含9117个标记的高密度遗传图谱，覆盖基因组3062.6 cM，平均标记间隔仅0.34 cM。利用该群体在多年多环境下对下胚轴长度（HL）、株高（PH）、果实长度（FL）、果实直径（FD）、果形指数（FSI）和单果重（FW）等性状进行表型鉴定，采用复合区间作图法（CIM）进行QTL定位，并通过基因组变异分析和qRT-PCR验证候选基因。

研究首先在株高相关性状上取得重要突破。通过三年春季的幼苗下胚轴长度测量和四个生长季的成株株高调查，发现JinGL的下胚轴长度是HM-S2的1.75–1.77倍，成株株高更是后者的5.28–8.16倍。QTL分析 consistently检测到一个主效QTL qhl3.1（下胚轴长度）和qph3.1（株高），均定位于Chr03/LG10上。其中qph3.1的1.5-LOD支持区间仅2.42 cM，对应219.7 kb的物理区域，包含43个基因。研究人员成功鉴定出赤霉素2-氧化酶基因Cp4.1LG10g05910（CpDw）为候选基因，该基因通过降解活性赤霉素调控株高。启动子区测序发现5个InDel和10个SNP多态性，开发出InDel-3标记并在171份种质中验证了96%的准确率。

在果实性状方面，研究发现了更为丰富的遗传调控网络。多环境表型数据显示JinGL的果实显著小于HM-S2，而F₁代呈现中间类型。相关性分析表明果实长度与果形指数呈强负相关（r=-0.80），与单果重呈正相关（r=0.63）。共定位到7个果实相关QTL，包括2个果实长度QTL（qfl8.1和qfl14.1）、2个果形指数QTL（qfsi8.1和qfsi14.1）、1个果实直径QTL（qfd4.1）和2个单果重QTL（qfw4.1和qfwl4.1）。其中位于Chr08/LG17的qfsi8.1/qfl8.1为新发现的主效QTL，LOD值达19.3–19.4，贡献率30.9–34.3%。

研究人员对该QTL区间进行了深入解析。472 kb的候选区间包含68个基因，通过亲本重测序发现179个InDel变异，其中41个位于5'-UTR区，37个位于CDS区。筛选出6个候选基因进行表达分析，发现Cp4.1LG17g02030（编码生长素响应蛋白IAA12）和Cp4.1LG17g02010（编码钙依赖脂结合蛋白CalB）在长果材料中显著高表达。进一步开发InDel-0575标记，在224份种质中验证其对长果和圆果材料的判别准确率达96.1–98.0%。

该研究的技术方法具有显著创新性：利用SLAF-seq技术实现高通量基因分型；采用Cucurbita maxima参考基因组解决C. pepo基因组组装质量问题；通过多环境表型鉴定提高QTL检测可靠性；结合基因组变异筛选和表达分析鉴定候选基因；开发实用分子标记并开展大规模种质验证。

研究结论表明，西葫芦株高和果实形态性状受主效QTL调控，其中qph3.1和qfsi8.1分别控制株高和果形指数。CpDw和CpIAA12/CalB可能通过赤霉素和生长素信号通路调控这些性状。开发的分子标记为分子标记辅助选择提供了高效工具。该研究不仅深化了对西葫芦重要农艺性状遗传基础的理解，而且为品种改良提供了宝贵的遗传资源和分子工具，对推动西葫芦分子育种具有重要意义。