《Scientia Horticulturae》：Genome-wide association study and transcriptome analysis reveal fruit size-related genes in Lycium barbarum
编辑推荐：
宁夏枸杞（wolfberry）的商业价值主要由果实外观决定，其中果实大小是影响产量和可销售性的关键因素，但其遗传调控仍不清楚。本研究利用224份枸杞种质的重测序数据，对果实大小相关性状进行了全基因组关联分析（GWAS）。这些性状表现出广泛的表型变异和正态分布。
宁夏枸杞（wolfberry）的商业价值主要由果实外观决定，其中果实大小是影响产量和可销售性的关键因素，但其遗传调控仍不清楚。本研究利用224份枸杞种质的重测序数据，对果实大小相关性状进行了全基因组关联分析（GWAS）。这些性状表现出广泛的表型变异和正态分布。群体结构分析将种质分为三个亚群。GWAS鉴定了87个显著位点，并在上下游50 kb范围内筛选基因，共发现230个候选基因，其中大多数可能参与果实发育。跨发育阶段的转录组分析显示，这些基因中有77个差异表达，在S3和S5阶段表达达到峰值。基因型分析证实了87个位点的表型效应。单倍型分析进一步指出，两个基因LbZf-BED（evm.TU.chr03.3991）和LbGT5（evm.TU.chr12.3437）的Hap2单倍型与果实横径增加显著相关（p < 0.05）。综上所述，这些发现揭示了枸杞果实大小的新候选基因，并为标记辅助育种提供了宝贵的遗传资源。
宁夏枸杞果实大小相关基因的全基因组关联分析与转录组分析
宁夏枸杞（Lycium barbarum）是茄科重要经济植物，其果实具有营养、食用和药用价值，长期人工选择中果实大小一直是育种改良的核心目标。果实大小直接影响商业价值，也是决定规模化生产产量的重要农艺性状。然而，目前关于枸杞果实大小的遗传调控机制尚不清楚。全基因组关联分析（GWAS）已在多种作物中成功应用于解析复杂性状的遗传基础，但在枸杞中仍缺乏系统性研究。因此，研究人员利用224份枸杞种质资源，开展果实大小相关性状的GWAS和转录组分析，旨在鉴定调控果实大小的关键位点与候选基因，为枸杞分子设计育种和标记辅助选择提供遗传资源。该研究成果发表于《Scientia Horticulturae》。
研究人员收集来自宁夏芦花台种质资源圃（38°38′N，106°09′E）的224份枸杞种质，连续两年测定单果重、果实投影面积、投影周长、纵径、横径和果径等6个性状。主要技术方法包括：全基因组重测序获得高质量变异；利用PLINK进行变异过滤；通过主成分分析（PCA）、邻接（NJ）树和稀疏非负矩阵分解（sNMF）解析群体结构；采用混合线性模型（MLM）进行GWAS，显著性阈值设为P < 1×10
-6；对候选基因进行GO和KEGG富集分析；利用转录组数据研究候选基因在不同果实发育阶段的表达模式；通过单倍型分析和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证重要基因。
研究结果如下：
**3.1 表型特征**：6个果实大小性状在224份材料中呈现广泛变异和正态分布，变异系数以单果重最高，横径最低。性状间均呈显著正相关，其中纵径与横径的相关性最弱（ρ ≤ 0.35）。
**3.2 基因组变异**：共检测到201,131,050个SNP和30,613,073个InDel，SNP占86.8%；外显子区域中非同义突变（57.27%）多于同义突变（38.72%），移码缺失和插入是主要InDel类型。
**3.3 亲缘关系和SNP密度**：亲缘矩阵显示材料间平均亲缘度较低，变异多富集于染色体远端；2号染色体变异最多，12号最少。
**3.4 群体遗传结构**：PCA、NJ树和sNMF一致将224份材料分为3个亚群，分别对应主要来源分组；交叉熵准则支持K=3为最优分群数。
**3.5 GWAS与候选基因鉴定**：基于24个表型数据集，共检测到87个与果实大小显著关联的位点，合并重叠区间后获得58个非冗余区段，注释到230个候选基因。
**3.6 候选基因功能注释与富集**：GO富集显示候选基因参与配子发生、DNA构象改变以及染色体、胞外区等细胞组分；KEGG富集到苯丙烷生物合成、细胞周期、氨基酸生物合成等途径，提示这些基因可能通过影响细胞分裂和扩张调控果实大小。
**3.7 候选基因表达分析**：不同发育阶段转录组PCA显示6个阶段明显分离；230个候选基因中77个为差异表达基因（DEG），并以S5与S3间差异最大；时间序列聚类将230个基因分为6簇，多数基因在S3或S5阶段高表达，表明早期发育阶段对果实最终大小至关重要。
**3.8 显著位点基因型-表型关联**：基于BLUE值分析，所有87个位点在不同基因型间均显示显著表型差异；6个代表性变异位于外显子或上游区域，例如chr02_5,465,914的G>C变异导致LbPPR第568位氨基酸谷氨酰胺（Q）变为谷氨酸（E），影响果重和果径。
**3.9 从GWAS信号中挖掘果实大小相关基因**：与番茄已知果实大小基因比对后，鉴定到12个枸杞同源基因，其中SlAP2-like同源基因距离关联位点仅0.1 Mb；多数同源基因在S3或S5高表达。
**3.10 优先基因单倍型分析**：LbZf-BED（evm.TU.chr03.3991）含3个单倍型，LbGT5（evm.TU.chr12.3437）含2个单倍型；两个基因的Hap2单倍型均与更大的果实横径显著相关（p < 0.05）。
**3.11 候选基因表达水平验证**：qRT-PCR显示，S3期大果材料中LbGT5表达显著高于小果，S5期LbZf-BED表达显著高于小果，提示二者分别在S3和S5阶段发挥作用。
讨论部分指出，果实大小是多基因控制的数量性状，本研究通过高密度变异和MLM有效控制了群体分层。候选基因涉及细胞周期、激素信号、泛素-蛋白酶体途径等，与细胞增殖和扩张紧密相关。两个优先基因的单倍型分析为标记辅助选择提供了直接工具。
结论：本研究利用GWAS鉴定到调控枸杞果实大小的候选基因。224份材料表现出广泛的表型变异，6个性状间正相关；重测序揭示丰富的基因组变异，SNP数量远多于InDel；群体结构分析将材料分为3个亚群。MLM鉴定到87个显著位点和230个候选基因；转录组分析显示候选基因有6种表达模式，77个基因差异表达。基因型-表型关联分析表明87个位点均与性状显著相关。番茄同源基因分析显示多数在S3或S5高表达，其中LbZf-BED和LbGT5的单倍型与横径显著相关，且表达量在大小果间存在差异。
