近日，华南农业大学园艺学院夏瑞教授团队联合广东省农业科学院果树研究所荔枝种质资源与育种团队和热带农业科学院生物技术研究所冯筠庭副研究员和在国际知名期刊《Genome Biology》(IF5y=16.3)上发表了题为“Comprehensive genomic and phenotypic analyses reveal the genetic basis of fruit quality in litchi”的研究论文。
荔枝是东南亚一种重要的经济水果作物，以其独特的风味和营养价值而闻名。荔枝起源于中国云南省，具有2000多年的栽培史，由于长期的自然选择和在不同气候及种植条件下的人工育种，孕育了丰富的种质资源，可用于性状持续的遗传改良。至今已有许多工作是从表型性状来研究和评估荔枝的多样性，然而，相应的遗传变异未被充分的挖掘利用，尤其是能够代表大量遗传信息的核心种质，群体遗传结构不清晰，许多重要育种性状如果实大小、风味、种子大小等调控果实品质的遗传基础仍有待深入探索。
本研究中，对来自国家荔枝种质资源圃（广州）从全球收集的276份具有代表性荔枝种质资源进行了重测序，测序深度20X，并鉴定出3450万个高质量的双等位基因SNP，构成了迄今为止荔枝（乃至整个无患子科）最全面的遗传变异图谱。随后，我们分析了群体结构，在基因组水平上揭示了群体之间的遗传变异水平和亲缘关系，分析表明该群体内存在四个主要亚群：YNG（云南亚群，来自云南野生、广西大兴的种质）、HNG（海南亚群，来自海南和广地博白的种质）、FGG1, 和FGG2亚群（包含来自福建和部分广东、广西的种质）。YNG的核苷酸多样性低于HNG、FGG1和FGG2的，LD遗传距离的大于其他三个亚群(图1)。
通过对21个果实品质相关性状进行表型分析，发现果实性状在许多方面表现出极大的多样性，例如果实大小、种子大小、糖酸含量等方面。进一步并结合全基因组关联研究，鉴定了总计460个与果实性状显著相关的SNP和1,807个候选基因，其中包含大量负责调控种子和果实品质性状的候选基因和基因组位点，并筛选出了几个与种子早期发育相关的候选基因。特别是，利用高效液相色谱（HPLC）方法测定了190个荔枝品种果实的糖组分和含量，随后，以蔗糖和葡萄糖的含量作为性状进行GWAS分析，在7号染色体上检测到一个强关联峰这个关联峰位于基因LITCHI009111（LcSAI）的基因体区域内，该基因编码β-果糖呋喃苷糖酶，也称为转化酶（invertase），该酶催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖，并通过原核表达和转基因等方法验证了该基因的功能。通过比较LcSAI蔗糖和还原糖种质中的差异，开发了一个与糖组分和含量紧密连锁的分子标记，可用于荔枝育种的早期筛选，缩短育种周期。综上所述，本研究揭示了荔枝的遗传多样性和群体结构，通过全面的基因组分析和表型分析，阐明了果实品质的遗传基础。这些发现为理解荔枝果实品质的遗传基础提供了宝贵资源和知识，为进一步的遗传改良贡献了理论基础。
Fig. 3 LcSAI 在荔枝果实的糖分积累中的作用
广东省农业科学院果树所研究所严倩副研究员、热带农业科学院生物技术所冯筠庭副研究员、广东省农业科学院果树所研究所陈洁珍副研究员为论文第一作者，华南农业大学夏瑞教授、广东省农业科学院果树研究所欧良喜研究员为论文通讯作者，果树所文英杰博士，华中农业大学博士生黄刊，华南农业大学麦迎晓博士和郝彦伟副教授也参与了该项工作。该研究得到广东省重点领域研发计划 (2022B0202070003)，国家自然科学基金 (#32102333, #32072547, 和 #32102320)，广西壮族自治区科技重大专项 (Grant No. GuikeAA23023007-2)，广东省自然科学基金 (2021A1515011031)，国家荔枝龙眼产业技术体系 (CARS-32-01)等项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03693-5
