通过全基因组关联分析（GWAS）揭示马铃薯（Solanum tuberosum L.）块茎产量及其相关形态和生化特征的基因组学机制

《Journal of Plant Growth Regulation》：Genomic Insights into Tuber Yield and Associated Morphological and Biochemical Traits in Potato (Solanum tuberosum L.) Through GWAS

马铃薯产量及农艺性状的遗传解析（2021-22至2022-23年，喜马拉雅地区）通过GWAS和GBS分析357份材料，鉴定5470个SNP，发现8个显著SNP（chr04_3551782影响株高；chr05_17842252和chr08_14450306关联叶数）。染色体1、6、10为产量相关基因热点，并鉴定出编码糖蛋白、GTP结合蛋白等关键功能的候选基因（如Chr04的HRGP、Chr12的BRI1激酶）。

　　

摘要

马铃薯是一种重要的粮食作物，为全球超过十亿人提供食物，但在控制其产量和营养质量的遗传因素方面仍相对研究不足。为填补这一空白，本研究结合了全基因组关联研究（GWAS）和基因测序（GBS）技术，对357个马铃薯品种进行了分析。这些品种在印度亚热带喜马拉雅地区连续两个冬季（2021-22年和2022-23年）进行了栽培。系统地记录了每株植物的平均块茎产量以及23个农艺形态学和生化特征的表型数据。相关性分析显示，每株植物的块茎产量与多个形态学和产量相关特征之间存在显著的正相关关系，包括每株植物的茎数、小叶长度、小叶宽度、叶片长度、叶片宽度、叶面积、每株植物的块茎数量、块茎长度、块茎宽度和平均块茎重量。通过基因测序（GBS）技术，鉴定出一组高质量的5470个SNP用于后续分析。基于表型数据的分层聚类分析将这些品种分为两个主要簇，并进一步细分为4个子簇。标记性状分析通过加性效应和简单显性模型检测出8个显著SNP。值得注意的是，其中一个SNP（chr04_3551782）影响植株高度，而两个SNP（chr05_17842252和chr08_14450306）在多年研究中均与每株植物的叶片数量呈一致关联。有趣的是，这些与性状相关的SNP分布在不同的染色体上，其中1号、6号和10号染色体被认为是与产量相关基因的潜在热点区域。此外，还鉴定出与多个重要性状相关的候选基因，包括植株高度（位于4号和12号染色体上）、每株植物的复叶数量（位于5号和8号染色体上）、块茎宽度（位于9号染色体上）、块茎干物质含量（位于9号和12号染色体上）以及非还原糖（位于6号染色体上）。这些基因编码的蛋白质在块茎的生长和发育中起着关键作用，例如富含羟脯氨酸的糖蛋白家族蛋白（Chr04）、含有MATH结构域的蛋白（Chr05）、GTP结合蛋白（Chr08）和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶BRI1（Chr12）。总体而言，本研究的结果为与产量相关性状相关的SNP标记提供了宝贵的见解，并有助于揭示控制马铃薯关键农艺特征的复杂遗传结构。