全基因组关联研究揭秘芒果果实形态品质性状的关键标记与基因，助力品种改良

为解决芒果育种周期长、传统选种困难的问题，研究人员开展了芒果果实形态品质性状的全基因组关联研究（GWAS）。他们发现 103 个与性状相关的 SNP 标记，筛选出 20 个有潜力的育种亲本。这为芒果育种提供了重要依据，加速品种改良进程。

　　芒果，这种被誉为 “水果之王” 的热带水果，深受全球消费者喜爱。在众多水果中，芒果凭借其独特的风味和丰富的营养价值脱颖而出。然而，芒果的育种工作却面临着诸多挑战。其漫长的幼年期，使得新品种的培育往往需要耗费 15 - 20 年的时间；同时，高度杂合的基因特性，也增加了育种的难度。传统的育种方式主要依赖于表型选择，不仅效率低下，而且难以准确地筛选出具有优良性状的品种。随着消费者对芒果品质要求的不断提高，如何快速培育出果实品质优良、耐储存、抗病虫害且营养丰富的芒果新品种，成为了科研人员亟待解决的问题。

为了攻克这些难题，美国农业部农业研究服务局（USDA - ARS）亚热带园艺研究站（SHRS）的研究人员开展了一项关于芒果果实形态品质性状的全基因组关联研究（Genome - Wide Association Study，GWAS）。他们的研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为芒果育种开辟了新的道路。

研究人员在此次研究中，运用了多种先进的技术方法。首先，他们从美国农业部农业研究服务局亚热带园艺研究站收集了来自世界各地的 269 份芒果种质资源，最终选取了 161 份具有完整分子标记数据和丰富表型数据的样本进行研究。接着，对这些样本进行 DNA 提取和测序，利用 Illumina NovaSeq 6000 仪器进行高通量测序，获得大量的基因数据。之后，通过严格的筛选标准，得到 135,079 个高质量的单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）标记。在此基础上，运用 TASSEL v.5.2.5 软件分析连锁不平衡（Linkage Disequilibrium，LD），采用基于贝叶斯模型的方法评估群体结构，使用 rMVP R 包进行全基因组关联分析，最终确定与芒果果实形态品质性状相关的 SNP 标记和候选基因。

研究结果主要包含以下几个方面：

1. 表型分析：对 161 份芒果样本的 14 个果实形态品质性状进行分析，发现这些性状存在广泛的变异。例如，果实重量在 80.71 - 931.33g 之间，果实长度在 61.88 - 189.68mm 之间，不同样本间差异显著。同时，通过相关性分析发现，大多数性状之间存在显著的相关性，但糖度（Brix）和果肉（Pulp）与其他性状的相关性较低12。
2. 连锁不平衡和群体结构分析：研究发现，全基因组的 LD 随着遗传距离的增加而衰减，在 3.73Mb 处 LD 衰减至最大值的一半。通过群体结构分析，将芒果样本分为两个遗传上不同的群体，分别对应来自美国、印度、东南亚、加勒比国家等不同地区的品种。主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的结果也进一步验证了这一分类34。
3. 全基因组关联研究：利用 FarmCPU 模型进行 GWAS 分析，共鉴定出 103 个与 14 个果实形态品质性状显著相关的 SNP 标记。其中，7 个标记与至少两个性状相关，具有多效性；96 个标记分别与特定性状相关。例如，与果核重量相关的 SNP 标记最多，有 18 个；与果核宽度相关的 SNP 标记最少，仅有 2 个56。
4. 候选基因注释：对与显著 SNP 标记相关的候选基因进行注释分析，发现了 87 个候选基因，它们属于不同的功能类别，包括转录因子、氨基酸受体、生长素诱导蛋白等。这些基因参与了果实发育的多个生物学过程，如丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen - Activated Protein Kinases，MAPKs）家族基因在果实发育和成熟过程中发挥着重要作用710。
5. 筛选育种材料：以果实重量为重点研究性状，结合遗传距离、GWAS 分析结果和群体结构信息，筛选出 20 个具有潜力的芒果种质作为未来育种计划的亲本。例如，‘O.P. Kiett’‘Becky’和‘CatSaigon’等品种具有较多的参考等位基因，果实重量较大；而‘S_19’‘TUTEHAU’等品种参考等位基因较少，果实重量较小。研究人员建议进行‘Becky’בThai Everbearing’和‘Kent’בPurple’等杂交组合，以增加芒果种质的遗传多样性89。

在研究结论和讨论部分，此次研究具有重要意义。一方面，研究人员鉴定出的 103 个显著 SNP 标记，为进一步研究芒果果实形态品质性状的遗传机制奠定了基础。这些标记可用于精确绘制和识别相关候选基因，有助于挖掘新的数量性状位点（Quantitative Trait Loci，QTL），为芒果育种提供更精准的分子标记。另一方面，通过筛选出的 20 个有潜力的育种亲本，研究人员可以进行针对性的杂交育种，缩小美国农业部国家植物种质系统中不同种质之间的遗传差距，培育出具有优良园艺性状、高营养价值和良好气候适应性的现代芒果品种。此外，研究还发现了 MAPKs 等基因在果实发育中的重要作用，这为深入理解果实发育和成熟的分子机制提供了新的视角，也为其他水果的相关研究提供了参考。

总的来说，这项研究通过全基因组关联研究，成功揭示了芒果果实形态品质性状的遗传基础，为芒果育种提供了关键的分子标记和有潜力的育种材料，对推动芒果产业的发展具有重要的科学意义和应用价值。