西瓜果实及株型相关性状的遗传及分子机理研究

发布时间：2020-07-21 20:23

【摘要】：作为一种重要的葫芦科作物,西瓜(Citrulluslanatus)果实的品质特性以及植株的栽培特性一直是育种家们关注的目标。目前对于西瓜果实及株型相关性状的认识还不够深入,遗传及分子机理方面的研究相对较少,因此该领域研究薄弱的现状急需改善。本论文主要研究西瓜果实长圆、果皮黄色以及植株无杈3个性状,通过遗传方法克隆出控制这些性状的关键基因,进一步解析它们的分子作用机制,为后续的高品质易于简约化栽培品种的选育提供科学依据。本论文主要做了以下3方面工作:1.以长果自交系品种'短125'和圆果自交系品种'郑州籽瓜'做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜果实长圆受单基因控制,且表现出不完全显性的遗传,即:该基因纯合显性时为长果,杂合时为椭圆果,纯合隐性时为圆果;通过F2群体的BSA-seq结合GWAS分析将控制西瓜果实长圆的候选区间定位到了 3号染色体。之后开发大量的CAPS标记对768株F2植株进行重组单株筛选,最终将候选基因进行精细定位到3号染色体一个46 Kb的区域内。该区域只有4个功能基因,通过在两亲本中的序列比对我们发现Cla011257的CDS在长瓜中有159 bp的碱基缺失,该缺失造成了 53个氨基酸的缺失;根据该缺失片段我们开发出了一个Indel标记,将该标记在F2群体以及105份自然群体中进行验证,结果发现该标记和西瓜果实长圆紧密连锁,进一步证明了该基因为控制西瓜果实长圆的候选基因;通过对该基因的蛋白序列预测发现该基因属于IQD蛋白家族,亚细胞定位也证明了该基因主要存在于细胞质与细胞膜上,基因表达分析表明该基因在子房形成时表达量最高。该研究为后续西瓜果实形状形成分子机理的研究奠定了基础,同时也为其它作物果实形状的研究提供了借鉴。2.以黄皮品种'94E1'和绿皮品种'青峰'做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜果皮黄色受单基因控制,黄皮对绿皮为显性,并且凡是果皮呈现黄色,叶柄和叶脉必定呈现黄色;通过F2群体的BSA-seq结合GWAS分析将控制西瓜果皮黄色的候选区间定位到了 4号染色体,之后开发大量的CAPS标记对候选基因进行精细定位,最终将候选基因定位到4号染色体一个59.8 Kb的区域内,该区域内存在很多gaps,只存在一个功能基因,通过对该基因的序列比对以及表达差异分析发现该基因在两亲本中不存在序列及表达的差异,因此该基因不是控制西瓜果皮黄色的候选基因;对候选区间的进一步分析开发出了一个和西瓜果皮黄色紧密连锁的SNP标记,并且在20个自然群体中进行了验证。该标记可用于果皮黄色的苗期鉴定以及分子标记辅助育种。3.以有杈自交系品种'790010'和无杈自交系品种'无杈早'做亲本配制F2、BC1群体,通过分离比的统计,发现西瓜植株无杈受单基因控制,且有杈对无杈为显性;通过F2群体的BSA-seq结果将候选区间定位到了 4号染色体,之后开发大量的CAPS标记对候选基因进行精细定位,将候选基因定位到4号染色体一个约270 Kb的区域内,该区间含有32个功能基因,通过对该区间内SNPs的进一步分析,最终发现只有2个SNPs发生在基因外显子区域,对这两个SNPs所在的基因进行氨基酸序列分析,表明只有Cla018413基因外显子内的SNP差异造成了氨基酸的改变,初步推测该基因为控制西瓜植株无杈的候选基因,但后续还需进一步研究。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S651
【图文】：

西瓜果实及株型相关性状的遗传及分子机理研宄（ＢＳＡ－ｓｅｑ）；对所有植株的叶片进行取样，保存于－２０°Ｃ，亲本不同发育时期的子房以及果实不同部位进行取样，并立°Ｃ保存，用于ＲＮＡ的提取。逡逑中国农业科学院郑州果树研究所西甜瓜种质资源中期库中的西瓜资源进行全基因组重测序，每个品种种植１０株，取ＤＮＡ，送公司进行全基因组重测序，在植株整个生长发育皮颜色、果形指数、植株长短、开花早晚以及果肉成分等多与相关性状进行全基因组关联分析（ＧＷＡＳ）。所有材料均在大棚西瓜栽培技术进行管理。３３０份西瓜品种及资源如附录ＩＡ逦Ｂ逡逑

逦华中农业大学２０１８届博士研究生学位论文逦逡逑信息开发出２９８个ＣＡＰＳ标记（附录ＩＩ），将这２９８个ＣＡＰＳ标记先在两亲本逡逑中进行多态性检测，然后将具有多态性的标记在７６８个Ｆ２群体（２０１６年冬季逡逑３４８株，２０１７年春季４２０株）中进行ＰＣＲ、酶切、凝胶电泳检测，检测群体中逡逑的多态性，通过筛选重组单株对候选基因精细定位。最终将候选基因定位到逡逑ＣＡＰＳ０１５８和ＣＡＰＳ０１６５两个标记之间，在这两个标记的位置各有３个重组单逡逑株，ＣＡＰＳ０１５８对应的区域为３号染色体２６，８１７，６７２邋ｂｐ，ＣＡＰＳ０１６５对应的区域逡逑为２６，８６４，８１４邋ｂｐ，因此候选基因Ｃ／Ｆ幻被定位到３号染色体２６．８１７邋Ｍｂ到２６．８６３逡逑Ｍｂ约４６邋Ｋｂ的区域内，如图２－４所示。逡逑Ｋ邋－逦－邋－逦－逦—逦？逡逑

在Ｆ２群体中随机选取１００个单株，用此标记对它们进行多态性检测，结果发现逡逑此标记和果实长圆完全连锁，进一步证明了邋ＣｌａＯｌ邋１２５７为控制西瓜果实长圆的逡逑候选基因Ｃ／ＦＭ，如图２－５所示。逡逑３．７候选基因的蛋白预测逡逑Ａ逡逑丨ＱＤ邋ｄｏｍａｉｎ逡逑９７１０３邋ＩＩ邋１—１邋Ｈ逦１邋１逡逑Ｃｈａｒｌｅｓｔｏｎ邋Ｇｒａｙ逦｜逦＾逦Ｄｅｌｅｔｉｏｎ邋｜逦｜逡逑Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋Ｗａｔｅｒｍｅｌｏｎ逦＾逦逦邋｜逦｜逡逑Ｅｌｏｎｇａｔｅ邋Ｗａｔｅｒｍｅｌｏｎ邋｜逦｜逦＾逦Ｍ￣丨逦「逡逑ＩＱＤ３１逦／逡逑Ｂ逦吖声逡逑ｅＢ２逦＼邋ｒ逡逑＠邋ｒ６逡逑＾＿＾灯２。２１１３０逦＼逡逑Ｖ邋ＡＴ２Ｇ３３６４０逡逑图２－６候选基因的结构差异及互作蛋白预测逡逑Ａ为ＣｌａＯｌ邋１２５７在两个参考基因组以及两亲本中的结构差异信息，Ｂ为与ＣｌａＯｌ邋１２５７编码逡逑序列同源的ＩＱＤ２６蛋白互作调控网络信息。逡逑Ｆｉｇ．邋２－６邋Ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ邋ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍｓ邋ａｎｄ邋ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ逡逑Ａ

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