基于GWAS解析欧洲菜豆株高与开花期的遗传结构并鉴定新QTL位点

本研究通过GWAS分析欧洲菜豆种质资源，揭示了株高(PH)和开花时间(FT)的遗传基础，鉴定出12个PH相关和8个FT相关QTL，其中9个PH-QTL和8个FT-QTL为新发现，为菜豆分子育种提供了重要靶点。研究采用GBS基因分型和MLM模型，发现Pv04和Pv10染色体上存在最大表型效应位点（分别解释15.9%和5.4%表型变异），显著推进了菜豆农艺性状的遗传解析。

　　

菜豆(Phaseolus vulgaris L.)作为全球重要的食用豆类作物，在人类营养和牲畜饲料中扮演着关键角色。其农艺性状如株高(PH)和开花时间(FT)直接影响产量和生理适应性，然而欧洲菜豆种质资源中这些性状的遗传基础尚未系统解析。随着气候变化的加剧和农业机械化需求的提升，培育具有理想株型和适宜开花期的品种成为迫切需求。

研究人员通过对271份欧洲菜豆种质（包括51个现代品种/精英系和31份基因库材料）进行基因组水平研究，结合表型精准鉴定和基因分型测序(GBS)技术，揭示了种群结构分化和性状关联位点。研究发现基因库材料相比育种材料具有更高的表型变异，特别是在株高方面（基因库材料平均54.79 cm vs 育种材料32.68 cm）。通过混合线性模型(MLM)进行全基因组关联分析(GWAS)，鉴定出25个与PH显著相关的标记-性状关联(MTAs)和19个与FT相关的MTAs，分别定位到12个和8个数量性状位点(QTL)。

研究采用基因分型测序(GBS)技术对271份样本进行基因分型，通过IPYRAD软件进行SNP calling，获得5,084个高质量SNP标记。种群结构分析采用邻接法(NJ)系统构建、主坐标分析(PCoA)和STRUCTURE软件。GWAS分析使用ASReml软件包中的混合线性模型(MLM)，并采用Benjamin Hochberg(BH)方法进行多重检验校正。候选基因筛选基于±60 kb窗口范围内的基因注释信息，通过gProfiler进行功能富集分析。

遗传多样性分析揭示种群分化格局

通过邻接法系统进化树分析发现材料形成4个遗传簇，其中簇I和III以基因库材料为主（占比94%），簇II以育种材料为主（97.3%），簇IV为混合群体。主坐标分析(PCoA)证实了育种材料和基因库材料间的遗传分化。分子方差分析(AMOVA)显示69%的遗传变异存在于品种/种质间，25%存在于育种与基因库组间，6%存在于品种/种质内个体间。

GWAS解析株高遗传架构

株高的基因组遗传力(H_SNP)为0.70。在Pv04、Pv05、Pv07、Pv10和Pv11染色体上发现25个显著MTAs，可归结为3个连锁区块和9个单SNP位点。其中Pv04染色体上2.75-2.91 Mb区域的SNP解释最大表型变异(15.9%)，该区域与先前报道的株高QTL位置相近。值得注意的是，在Pv05染色体上发现的6个QTL均为新发现位点。

开花时间相关QTL定位

开花时间的基因组遗传力(H_SNP)为0.83。在Pv04、Pv07、Pv10和Pv11染色体上鉴定到19个显著MTAs，形成5个连锁区块和3个单SNP位点。Pv10染色体上7.29 Mb附近的SNP解释5.4%的表型变异，为效应值最大的位点。与既往研究对比，本研究发现的8个FT-QTL均为新位点，其中Pv11染色体上的QTL与高温条件下发现的FT-QTL相距约8 Mb。

候选基因功能预测

通过±60 kb窗口筛选发现58个PH候选基因和30个FT候选基因。这些基因涉及植物激素信号转导、光周期响应和分生组织发育等生物学过程，其中17个PH相关基因和13个FT相关基因注释到KEGG通路，包括植物-病原互作、油菜素内酯生物合成等关键途径。

研究结果表明，欧洲菜豆种质资源中存在显著的遗传分化，现代育种材料相比基因库材料具有更紧凑的遗传背景。通过高密度SNP标记成功鉴定出多个控制株高和开花时间的新QTL位点，这些位点在不同染色体上呈现簇状分布特征。特别值得注意的是，Pv04和Pv10染色体上存在具有较大表型效应的QTL，为分子标记辅助选择提供了理想靶点。

该研究的创新性在于首次系统解析了以欧洲菜豆为主的种质资源中株高和开花时间的遗传基础，发现的17个新QTL位点极大地丰富了菜豆遗传图谱。研究成果对菜豆分子设计育种具有重要指导意义，为培育适宜机械化收割的矮秆品种和适应不同光温条件的早花品种提供了遗传资源。同时研究采用的GBS技术体系和GWAS分析方法为其他自花授粉作物的遗传研究提供了可借鉴的范式。

研究结果发表于《Euphytica》期刊，为菜豆遗传改良提供了坚实的理论基础和丰富的遗传资源。未来研究需要进一步验证这些QTL在不同环境下的稳定性，并开发实用的分子标记用于育种实践。此外，利用新发布的欧洲菜豆参考基因组'Flavert'进行更精确的基因定位将是下一步研究的重要方向。