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西瓜果實及株型相關(guān)性狀的遺傳及分子機理研究

發(fā)布時間:2020-07-21 20:23
【摘要】:作為一種重要的葫蘆科作物,西瓜(Citrulluslanatus)果實的品質(zhì)特性以及植株的栽培特性一直是育種家們關(guān)注的目標。目前對于西瓜果實及株型相關(guān)性狀的認識還不夠深入,遺傳及分子機理方面的研究相對較少,因此該領(lǐng)域研究薄弱的現(xiàn)狀急需改善。本論文主要研究西瓜果實長圓、果皮黃色以及植株無杈3個性狀,通過遺傳方法克隆出控制這些性狀的關(guān)鍵基因,進一步解析它們的分子作用機制,為后續(xù)的高品質(zhì)易于簡約化栽培品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。本論文主要做了以下3方面工作:1.以長果自交系品種'短125'和圓果自交系品種'鄭州籽瓜'做親本配制F2、BC1群體,通過分離比的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)西瓜果實長圓受單基因控制,且表現(xiàn)出不完全顯性的遺傳,即:該基因純合顯性時為長果,雜合時為橢圓果,純合隱性時為圓果;通過F2群體的BSA-seq結(jié)合GWAS分析將控制西瓜果實長圓的候選區(qū)間定位到了 3號染色體。之后開發(fā)大量的CAPS標記對768株F2植株進行重組單株篩選,最終將候選基因進行精細定位到3號染色體一個46 Kb的區(qū)域內(nèi)。該區(qū)域只有4個功能基因,通過在兩親本中的序列比對我們發(fā)現(xiàn)Cla011257的CDS在長瓜中有159 bp的堿基缺失,該缺失造成了 53個氨基酸的缺失;根據(jù)該缺失片段我們開發(fā)出了一個Indel標記,將該標記在F2群體以及105份自然群體中進行驗證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該標記和西瓜果實長圓緊密連鎖,進一步證明了該基因為控制西瓜果實長圓的候選基因;通過對該基因的蛋白序列預(yù)測發(fā)現(xiàn)該基因?qū)儆贗QD蛋白家族,亞細胞定位也證明了該基因主要存在于細胞質(zhì)與細胞膜上,基因表達分析表明該基因在子房形成時表達量最高。該研究為后續(xù)西瓜果實形狀形成分子機理的研究奠定了基礎(chǔ),同時也為其它作物果實形狀的研究提供了借鑒。2.以黃皮品種'94E1'和綠皮品種'青峰'做親本配制F2、BC1群體,通過分離比的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)西瓜果皮黃色受單基因控制,黃皮對綠皮為顯性,并且凡是果皮呈現(xiàn)黃色,葉柄和葉脈必定呈現(xiàn)黃色;通過F2群體的BSA-seq結(jié)合GWAS分析將控制西瓜果皮黃色的候選區(qū)間定位到了 4號染色體,之后開發(fā)大量的CAPS標記對候選基因進行精細定位,最終將候選基因定位到4號染色體一個59.8 Kb的區(qū)域內(nèi),該區(qū)域內(nèi)存在很多gaps,只存在一個功能基因,通過對該基因的序列比對以及表達差異分析發(fā)現(xiàn)該基因在兩親本中不存在序列及表達的差異,因此該基因不是控制西瓜果皮黃色的候選基因;對候選區(qū)間的進一步分析開發(fā)出了一個和西瓜果皮黃色緊密連鎖的SNP標記,并且在20個自然群體中進行了驗證。該標記可用于果皮黃色的苗期鑒定以及分子標記輔助育種。3.以有杈自交系品種'790010'和無杈自交系品種'無杈早'做親本配制F2、BC1群體,通過分離比的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)西瓜植株無杈受單基因控制,且有杈對無杈為顯性;通過F2群體的BSA-seq結(jié)果將候選區(qū)間定位到了 4號染色體,之后開發(fā)大量的CAPS標記對候選基因進行精細定位,將候選基因定位到4號染色體一個約270 Kb的區(qū)域內(nèi),該區(qū)間含有32個功能基因,通過對該區(qū)間內(nèi)SNPs的進一步分析,最終發(fā)現(xiàn)只有2個SNPs發(fā)生在基因外顯子區(qū)域,對這兩個SNPs所在的基因進行氨基酸序列分析,表明只有Cla018413基因外顯子內(nèi)的SNP差異造成了氨基酸的改變,初步推測該基因為控制西瓜植株無杈的候選基因,但后續(xù)還需進一步研究。
【學(xué)位授予單位】:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:S651
【圖文】:

親本,子房,籽瓜,鄭州


西瓜果實及株型相關(guān)性狀的遺傳及分子機理研宄(BSA-seq);對所有植株的葉片進行取樣,保存于-20°C,親本不同發(fā)育時期的子房以及果實不同部位進行取樣,并立°C保存,用于RNA的提取。逡逑中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所西甜瓜種質(zhì)資源中期庫中的西瓜資源進行全基因組重測序,每個品種種植10株,。模危粒凸具M行全基因組重測序,在植株整個生長發(fā)育皮顏色、果形指數(shù)、植株長短、開花早晚以及果肉成分等多與相關(guān)性狀進行全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)。所有材料均在大棚西瓜栽培技術(shù)進行管理。330份西瓜品種及資源如附錄IA邐B逡逑

曼哈頓,單株,果實,多態(tài)性


邐華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2018屆博士研究生學(xué)位論文邐逡逑信息開發(fā)出298個CAPS標記(附錄II),將這298個CAPS標記先在兩親本逡逑中進行多態(tài)性檢測,然后將具有多態(tài)性的標記在768個F2群體(2016年冬季逡逑348株,2017年春季420株)中進行PCR、酶切、凝膠電泳檢測,檢測群體中逡逑的多態(tài)性,通過篩選重組單株對候選基因精細定位。最終將候選基因定位到逡逑CAPS0158和CAPS0165兩個標記之間,在這兩個標記的位置各有3個重組單逡逑株,CAPS0158對應(yīng)的區(qū)域為3號染色體26,817,672邋bp,CAPS0165對應(yīng)的區(qū)域逡逑為26,864,814邋bp,因此候選基因C/F幻被定位到3號染色體26.817邋Mb到26.863逡逑Mb約46邋Kb的區(qū)域內(nèi),如圖2-4所示。逡逑K邋-邐-邋-邐-邐—邐?逡逑

序列,結(jié)構(gòu)差異,互作,信息


在F2群體中隨機選取100個單株,用此標記對它們進行多態(tài)性檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)逡逑此標記和果實長圓完全連鎖,進一步證明了邋ClaOl邋1257為控制西瓜果實長圓的逡逑候選基因C/FM,如圖2-5所示。逡逑3.7候選基因的蛋白預(yù)測逡逑A逡逑丨QD邋domain逡逑97103邋II邋1—1邋H邐1邋1逡逑Charleston邋Gray邐|邐^邐Deletion邋|邐|逡逑Spherical邋Watermelon邐^邐邐邋|邐|逡逑Elongate邋Watermelon邋|邐|邐^邐M ̄丨邐「逡逑IQD31邐/逡逑B邐吖聲逡逑eB2邐\邋r逡逑@邋r6逡逑^_^燈2。21130邐\逡逑V邋AT2G33640逡逑圖2-6候選基因的結(jié)構(gòu)差異及互作蛋白預(yù)測逡逑A為ClaOl邋1257在兩個參考基因組以及兩親本中的結(jié)構(gòu)差異信息,B為與ClaOl邋1257編碼逡逑序列同源的IQD26蛋白互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)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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