基于S. anguivi渗入的短生命周期矮化茄子Micro-Mel和Mini-Mel模型品种的开发及其在研究育种和观赏应用中的潜力

《Scientia Horticulturae》：Micro-Mel and Mini-Mel short life cycle dwarf lines with Solanum anguivi introgressions as the first model varieties for eggplant research and breeding, with potential ornamental applications

本研究针对茄子缺乏合适模型植物的瓶颈，开发了Micro-Mel和Mini-Mel两个具有S. anguivi渗入的短周期矮化模型品系。研究通过表型组学和全基因组测序进行系统表征，证实二者株型紧凑、生命周期短、适合高密度种植和快速育种，为茄子遗传学、功能基因组学和育种研究提供了理想工具模型，并具观赏价值。

　　

茄子（Solanum melongenaL.），作为全球第四大蔬菜作物，其研究和育种进程却远落后于番茄、辣椒等近缘茄科作物。一个核心限制因素是缺乏像番茄中的Micro-Tom那样的理想模型植物——具有矮小株型、短生命周期、适合可控环境高密度栽培的特性。这种模型植物的缺失，严重阻碍了茄子基因功能研究、性状遗传解析和育种效率的提升。

为此，研究人员开展了一项创新性研究，成功培育出两个新型矮化茄子模型品种——Micro-Mel和Mini-Mel。这项研究旨在解决茄子研究领域长期存在的模型系统空白问题，为后续基础和应用研究提供强大工具。相关成果已发表在《Scientia Horticulturae》上。

为了创造这些模型品种，研究团队采用了远缘杂交与回交育种相结合的策略。他们以栽培茄子（S. melongena）MEL1为轮回亲本，与其野生近缘种S. anguiviLam.（ANG1）进行杂交，并经过两代回交和连续多代自交，结合表型选择和基因型筛选，最终稳定出了Micro-Mel和Mini-Mel这两个性状独特的品系。研究过程中，对包括亲本、模型品系及番茄Micro-Tom在内的材料进行了多达30个表型性状的系统鉴定。同时，利用全基因组重测序技术（平均测序深度23X，共鉴定出179,653个高质量SNP）进行了基因分型和基因组特征分析，并利用Loter软件进行局部祖先推断，以精确识别来自野生种S. anguivi的基因渗入片段。此外，通过SnpEff工具对SNP进行功能注释，并利用eggNOG-mapper和GO富集分析探索渗入区域内基因的功能。

3.1. Micro-Mel和Mini-Mel的表型特征

3.1.1. 营养性状

研究对Micro-Mel和Mini-Mel进行了详细的表型鉴定。在株高方面，Micro-Mel和Mini-Mel在所有测量时间点（30、60、90、120天）均显著低于其亲本MEL1、ANG1以及对照番茄Micro-Tom。例如，在移植后120天，Micro-Mel的株高仅为6.83厘米，Mini-Mel为9.72厘米，而亲本MEL1和ANG1则分别达到18.75厘米和17.56厘米，Micro-Tom为17.60厘米。Micro-Mel在60天时即达到最大高度，表现出确定型生长习性；而Mini-Mel在90天才达到最终高度，为不确定型生长。在茎粗方面，Micro-Mel的茎最细。在节间数上，Micro-Mel最少（7.4个），显著少于其他基因型。在节间长度上，Mini-Mel的节间最短（0.68厘米）。此外，Mini-Mel在叶片和茎中均检测到花青素积累，并且叶片裂刻更深，茎叶刺较多。这些性状共同构成了两个模型品种独特的紧凑株型。

3.1.2. 生殖性状

在生殖生长方面，Micro-Mel和Mini-Mel表现出短生命周期特性。从移植到开花，Micro-Mel仅需41.0天，Mini-Mel需57.2天，均显著早于轮回亲本MEL1（60.2天），但晚于Micro-Tom（27.9天）。到第一个果实生理成熟的时间，Micro-Mel为103.7天，Mini-Mel为114.7天，使得Micro-Mel和Mini-Mel在可控环境下一年可分别完成3个和2.5个生命周期，极大地加速了育种和研究进程。在花序着生节位方面，Micro-Mel和Micro-Tom较低（分别为7.9和8.0节）。每个花序的花数，Micro-Mel（4.9朵）显著多于其亲本，但少于Micro-Tom（9.3朵）。Micro-Mel和MEL1的花冠呈浅紫色，Mini-Mel的花冠为蓝紫色，ANG1为白色。果实颜色在生理成熟时，MEL1、Micro-Mel和Mini-Mel为深黄色，而ANG1和Micro-Tom为罂粟红色。

3.1.3. 果实性状

在果实性状上，MEL1的果实最大最重，而Micro-Mel和Mini-Mel的果实显著变小，重量分别为8.14克和6.92克，长度分别为27.51毫米和25.97毫米，更适合模型系统的小规模分析。ANG1的果实最小。单株果实数，Micro-Tom最多（15.4个），ANG1次之（8.2个），Micro-Mel为4.6个，Mini-Mel和MEL1较少（分别为2.2个和1.0个）。单株种子产量以Micro-Tom最高，Micro-Mel和ANG1次之，Mini-Mel最低。果实弯曲度方面，Micro-Mel和Mini-Mel的果实略有弯曲。花萼刺的有无是另一个区分性状，Micro-Mel像ANG1和Micro-Tom一样无刺，而Mini-Mel部分果实有刺，MEL1全部有刺。

3.2. 基因分型、渗入分布模式及候选基因

基因组分析显示，Micro-Mel和Mini-Mel的基因组中分别有8.50%和10.79%来自野生亲本S. anguivi的渗入。通过比较包括Micro-Mel、Mini-Mel和四个中间矮化材料在内的六个材料，发现了7.46%的基因组区域（约85.27 Mb）是共享的S. anguivi渗入片段。这些共享区域包含1824个基因，其中染色体3和5上的渗入片段最长，包含的基因数量最多。基因本体富集分析表明，这些基因主要参与代谢过程、生物调控、对刺激的响应等生物学过程，以及催化活性、结合、转运活性等分子功能。在共享渗入区内，发现了三个与番茄中已知矮化相关基因（SlDREB1、SlER、SlSERK1）同源的基因，它们可能通过调节赤霉素途径或SlER与其受体SlSERK1的互作来影响株高。此外，研究也指出矮化表型可能源于S. anguivi渗入基因与S. melongena遗传背景之间的上位性互作，或者涉及不同于番茄的新机制。

4. 讨论与结论

该研究成功开发并系统表征了Micro-Mel和Mini-Mel这两个新型茄子模型品种。它们集矮小株型、短生命周期、高结实性等优点于一身，表型稳定，符合DUS（特异性、一致性、稳定性）标准。其紧凑的株型使其非常适合在空间有限的环境（如生长室、人工气候室）内进行高密度栽培，从而大大提高了实验通量和效率。短暂的生命周期使得一年内能够完成多代繁殖，显著加速了遗传学研究、性状鉴定和育种进程。全基因组水平的精准基因分型和渗入区段分析为后续基因定位、克隆和功能验证奠定了坚实基础。

Micro-Mel和Mini-Mel的诞生，填补了茄子研究中缺乏理想模型植物的空白，为在茄子中开展类似番茄Micro-Tom所推动的各类遗传学、基因组学、生理学和育种研究提供了强大平台。它们不仅可用于基础研究，如基因功能验证、逆境响应机制解析，也可直接应用于育种项目，加快优良品种选育。此外，它们独特的观赏特性（紧凑株型、繁花、小型白色果实）也使其在观赏园艺和城市农业中具有应用潜力。这项研究是茄子遗传改良和研究工具开发的一个重要里程碑，对未来茄子生物学研究和产业发展具有重要意义。