近日，Horticultural Plant Journal在线发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所葫芦科蔬菜遗传育种创新团队题为“A Genome-wide association study identifies candidate genes for heat tolerance in adult cucumber (Cucumis sativus L.) plants（全基因组关联分析挖掘黄瓜成株期耐热性候选基因）”的研究论文。

01

研究背景

黄瓜（Cucumis sativus L.）是世界范围内种植的主要蔬菜作物，性喜温不耐热，生长适温为白天25-28℃，夜间15-20℃。35℃以上的高温极易对黄瓜造成热胁迫，出现如幼苗徒长、花打顶、果实畸形、甚至植株死亡等问题。近年来由于温室效应的影响，全球气候逐渐变暖，间歇性和持续性高温频发，成为制约黄瓜生产的重要环境因子。然而，长期以来黄瓜耐热性基因挖掘及分子调控机制等研究匮乏，严重制约了耐热分子育种进程。

02

研究问题

本文通过全基因组关联分析挖掘黄瓜植株响应热胁迫的候选基因，并对重要候选基因进行分析。

03

研究结果

（1）基于黄瓜成株期自然高温条件下的热害指数（两季数据，r² = 0.73）的BLUP值进行聚类分析，从88份黄瓜核心种质中鉴定出18份极端耐热种质和28份极端热敏种质（Fig. 2, A, B），结合生态型分析表明黄瓜成株期耐热种质多属于东亚生态型，而热敏种质主要属于欧洲和印度生态型（Fig. 2, C）。

Fig. 2 Cluster analysis of the 88 cucumber accessions based on their tolerance to high temperature

（2）基于BLUP值结合基因组数据开展全基因组关联分析，以-LgP > 6.5为阈值线，共鉴定到5个与黄瓜植株热胁迫响应相关的QTL位点（Fig. 3）。

Fig. 3 Genome-wide association analysis (GWAS) Manhattan plot (A) and Q-Q plot (B) of heat tolerance based on BLUP value

（3）对GWAS分析得到的5个QTL位点内的候选基因进行同源基因功能注释、单倍型分析、时空表达分析，分别鉴定到5个参与热胁迫调控的候选基因：CsaV3_3G006140 (an ABC transporter），CsaV3_3G031890 (a transport protein SEC31B), CsaV3_3G048830 (a xyloglucan endotransglucosylase), CsaV3_4G029050 (a F-box protein) 和 CsaV3_6G005370 (a STY kinase)。

Fig. 5 Identification of the CsaV3_3G006140 gene associated with heat tolerance in cucumber

04

意义和创新性

该研究是首次在全基因组范围内挖掘黄瓜植株响应热胁迫的候选基因，为阐明黄瓜耐热分子机制提供了重要理论依据，也为耐热品种培育提供了基因资源。