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基于中国樱桃全基因组的InDel标记开发及引物通用性研究

一、引言

1.1研究背景

中国樱桃（Prunuspseudocerasus）作为蔷薇科李属樱亚属的重要成员，在中国的栽培历史源远流长，可追溯至三千多年前，主要分布于贵州、四川、云南、浙江、江苏等地，全国栽培面积约达120万亩。其果实不仅形态娇美、味道鲜美，还富含多种营养成分，如维生素C、维生素E、钾、铁等，具有抗氧化、抗炎、降血压等多种保健功效，深受消费者喜爱。同时，中国樱桃在生态保护方面也发挥着积极作用，其根系发达，能有效防止水土流失，还为众多生物提供了栖息地和食物来源。在文化层面，樱桃意象丰富，常与美好、纯洁等情感相联系，是文人墨客笔下的常客，承载着深厚的文化内涵。其经济价值也不容小觑，不仅在鲜果市场备受青睐，还广泛应用于食品加工领域，如制作樱桃罐头、果脯、果酱、果汁饮料、果酒、果醋等，为相关产业带来了可观的经济效益。

然而，中国樱桃的发展也面临着诸多挑战。其果肉质地柔软，果实采后极易软化腐烂，常温下仅能保存1-2天，即便在冷藏条件下，保鲜期也不过1-2周，这严重限制了其在消费市场的流通范围和销售周期，极大地制约了产业的可持续健康发展。此外，由于中国樱桃为多倍体且杂合度高，致使其基因组组装难度较大。长期以来，中国樱桃基因组信息的匮乏，极大地限制了对其植物遗传背景、进化关系以及重要农艺性状关键基因的研究，阻碍了中国樱桃的分子育种进程。

直到2024年6月，上海交通大学张才喜教授团队和云南农业大学董扬教授团队合作，利用PacBioHiFi、OxfordNanopore和Hi-C等多种测序技术以及多种组装策略，成功完成了首个中国樱桃单倍型基因组的组装（Hap1:246.32Mb,Hap2:237.05Mb,Hap3:225.55Mb和Hap4:192.94Mb）。这一突破性成果为中国樱桃的深入研究奠定了坚实基础，也为基于全基因组开发InDel标记创造了条件。

InDel（Insertion-Deletion）标记，即插入缺失标记，是指在近缘种或同一物种不同个体之间基因组同一位点的序列发生不同大小核苷酸片段的插入或缺失，是同源序列比对产生空位（gap）的现象。InDel变异序列两侧多是相对保守的单拷贝序列，可通过设计特异性引物，对基因组DNA进行PCR扩增，再通过检测扩增产物片段长度来区分变异。InDel分子标记具有数量丰富、多态性高、重复性好、遗传共显性、谱带扩增稳定、精度高、检测时间短、技术成熟等显著特点。在植物研究领域，InDel标记已广泛应用于遗传多样性分析、品种鉴定、基因定位、分子标记辅助育种等多个方面。例如，在水稻的研究中，InDel标记被用于分析不同品种的遗传多样性，为水稻的品种改良和资源保护提供了重要依据；在小麦的研究中，利用InDel标记成功定位了多个与产量、品质相关的基因，加速了小麦的分子育种进程。对于中国樱桃而言，开发基于全基因组的InDel标记，能够为其遗传多样性分析提供更精准的手段，有助于深入了解中国樱桃的遗传结构和变异规律，挖掘优异基因资源。在品种鉴定方面，InDel标记可以准确区分不同品种的中国樱桃，有效防止品种混杂和假冒。在分子标记辅助育种中，通过与目标性状紧密连锁的InDel标记，能够实现对优良性状的快速筛选和聚合，显著提高育种效率，加速中国樱桃优良品种的培育进程。

1.2研究目的与意义

本研究旨在基于中国樱桃全基因组测序数据，开发高效、准确的InDel标记，并对其引物通用性进行全面、系统的评价。通过这一研究，有望为中国樱桃的遗传研究和育种工作提供一系列强有力的工具和坚实的数据支撑。

在遗传研究方面，开发的InDel标记能够为中国樱桃的遗传多样性分析提供更为精细的视角。通过对大量InDel标记的分析，可以深入了解中国樱桃不同种群之间的遗传差异和进化关系，揭示其遗传结构和变异规律，为保护和利用中国樱桃的遗传资源提供科学依据。同时，这些标记也有助于挖掘与中国樱桃重要农艺性状相关的基因，如果实品质、抗逆性等，进一步丰富对中国樱桃遗传背景的认识。

在育种工作中，InDel标记具有重要的应用价值。利用这些标记可以实现对中国樱桃优良品种的快速、准确鉴定，有效防止品种混杂，保障种苗质量。在杂交育种过程中，通过与目标性状紧密连锁的InDel标记，可以在早期对杂交后代进行筛选，显著缩短育种周期，提高育种效率。此外，引物通用性评价的结果可以为InDel标记在蔷薇科其他果树中的应用提供参考，促进不同果树之间的遗传研究和育种工作的交流与合作。

本研究对于推动中国樱桃产业的发展具有重要意义。通过开发InDel标