Nature Communications | 意大利都灵大学基于泛基因组和群体GWAS分析揭示茄子多个关键农艺性状调控机制

2025年11月,意大利都灵大学植物遗传专业的L.Barchi等人在Nature Communications发表了题为Graph-based pangenomes and pan-phenome provide a cornerstone for eggplant biology and breeding的文章,研究通过整合基因组学、群体遗传学和表型组学,构建了迄今最全面的茄子遗传资源体系,揭示了茄子进化历史、种群结构及重要农艺性状的遗传基础,为茄子精准育种提供了关键资源与策略。

研究构建了包含368份泛表型组数据的核心种质库,并对其中40份基因组进行牛津纳米孔(ONT)长读长测序,成功构建两个泛基因组PG-SMA和PG-SM,其中PG-SMA总长达2.94Gb,包含约83,147个结构变异,有效捕捉了茄类物种的广泛遗传变异。

通过群体遗传分析证实了茄子存在东南亚和印度次大陆两个独立的驯化中心,东南亚栽培种与野生种遗传关联性更强,印度种经历独立驯化后向中东、非洲及欧洲扩散。通过泛基因组关联分析(Pan-GWA),成功鉴定了调控茄子有无刺枯萎病抗性异绿原酸含量的关键基因位点和结构变异,为茄子遗传改良提供了宝贵的资源和理论基础。

基于PG-SM泛基因组变异信息,对叶片和花萼刺性进行 Pan-GWA分析,在6号染色体定位到主效QTL并锁定LOG3基因。研究表明,无刺表型主要原因是其第三外显子末端剪接位点SNP(A>G),此外,栽培种GPE003520的LOG3第6外显子226 bp缺失,及野生种GPE008350含LOG3的22 Mb区段易位至1号染色体异染色质区,均导致基因功能异常。

研究通过接种尖孢镰刀菌茄子专化型评估核心种质抗病性后,鉴定到两个主效QTL:抗病基因簇的 31kb 缺失会致感病;而 2 号染色体AHL基因上游的 260 bp 插入可补偿该效应并赋予抗性。两区间功能互补的变异格局说明,茄子枯萎病抗性由多位点协同调控,可据此设计基因聚合育种策略。

最后,研究对果实绿原酸及其衍生物含量进行测定,通过Pan-GWA分析,在4号染色体定位到主效QTL。进一步挖掘发现,该区间内的 GDSL-like酯酶/脂肪酶基因存在突变,导致其编码的蛋白功能失效,最终显著降低了果实中相关代谢物的积累。这一发现明确了该基因在茄子绿原酸衍生物合成中的核心作用。

该研究首次在茄子中实现图形泛基因组辅助育种,克服了传统线性参考的局限性,所构建PG-SMA和PG-SM泛基因组、核心种质及表型数据库,为茄子进化研究、抗性改良和营养品质育种提供了技术范式,标志着茄子研究进入泛基因组时代。

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