【摘 要】
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株高是黄瓜的重要株型性状,株高变异不仅能改变植株株型,对黄瓜的产量、品质及轻简化栽培也会产生一定的影响。创制新的矮生突变体不仅能够丰富黄瓜突变体资源,为黄瓜株型遗传改良提供新的遗传材料,同时也为黄瓜株高的分子遗传和调控机制研究提供宝贵资源。对矮生突变基因进行定位和克隆,有助于了解矮生机制和挖掘新矮生基因,为其在遗传育种中的应用奠定基础。本研究从EMS突变体库中发现一个黄瓜皱叶矮生突变体C1056,
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（编号:31772300）；
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株高是黄瓜的重要株型性状,株高变异不仅能改变植株株型,对黄瓜的产量、品质及轻简化栽培也会产生一定的影响。创制新的矮生突变体不仅能够丰富黄瓜突变体资源,为黄瓜株型遗传改良提供新的遗传材料,同时也为黄瓜株高的分子遗传和调控机制研究提供宝贵资源。对矮生突变基因进行定位和克隆,有助于了解矮生机制和挖掘新矮生基因,为其在遗传育种中的应用奠定基础。本研究从EMS突变体库中发现一个黄瓜皱叶矮生突变体C1056,对其表型及光合特性等进行了鉴定;在对突变体皱叶矮生性状遗传规律分析的基础上,利用图位克隆和Mutmap方法对皱叶矮生基因（wrinkled and compact gene,WRC-1）WRC-1进行了精细定位、克隆和功能初步验证。主要研究结果如下:1.皱叶矮生突变体C1056的鉴定成株期突变体C1056节间长度显著缩短,株高最高达野生型的2/3左右;叶色加深,叶片皱缩;部分雌花花柱与柱头异常膨大,花瓣变绿变小甚至消失,花萼消失,雄花和拥有正常结构的雌花显著变小;大部分果实会产生化瓜现象,授粉后子房能正常膨大。突变体导管直径缩小,茎节间细胞长度变短,细胞变小。与野生型相比,突变体的叶绿素和类胡萝卜素均发生不同程度的下降,而叶绿素/类胡萝卜素和叶绿素a/b的比值明显增高。突变体部分叶绿体基质、基粒片层分化不明显,垛叠不整齐,叶绿体所占细胞面积变大。突变体叶绿素荧光各参数、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率未发生明显变化,胞间CO2浓度显著高于野生型。2.WRC-1基因精细定位和克隆遗传规律分析表明该突变性状是由隐性单基因控制的质量性状。利用图位克隆和Mutmap结合方法,将WRC-1候选基因定位在黄瓜的第2号染色体（chr2）遗传距离为0.2c M、物理距离12.88 Kb区间内。在该区间内只有1个完整的候选基因CsGME1（Csa2G011460）,该基因在黄瓜中只有一个拷贝,编码376个氨基酸的GDP-D-甘露糖-3’,5’-差向异构酶1。突变体的WRC-1最后一个外显子发生了C-T（C2041877T,chr2,9930）的非同义突变,导致CsGME1蛋白P353（脯氨酸）置换为L353（亮氨酸）。3.CsGME1候选基因鉴定及验证依据候选基因的突变位点设计的CAPs105601标记与F2群体矮生性状共分离。同时,利用该CAPs标记在96份黄瓜自然种质中进行了位点唯一性检测,发现该突变位点在这96份自然种质中不存在。CsGME1基因在黄瓜雄花与果实中的相对表达量最高,茎、叶和雌花中的表达水平次之,根的表达量最低;CsGME1基因在突变体与野生型各组织间的表达量无显著差异。进化树分析表明黄瓜CsGME1蛋白与甜瓜亲缘关系近,离拟南芥较远。对突变体CsGME1基因进行功能初步验证,发现突变体叶片抗坏血酸含量下降、花粉活力变弱、细胞壁果胶成分减少,外源喷施硼酸后突变体能恢复部分表型。
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