冬瓜果面蜡粉基因的精细定位及候选基因分析

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冬瓜属于葫芦科冬瓜属的一年生草本植物,在我国农业生产中占有重要地位。蜡粉是植物外观性状之一,在提高植物抗性方面发挥着重要作用。根据果面蜡粉的有无,冬瓜可分为粉皮冬瓜和青皮冬瓜两种类型。目前对于控制冬瓜果面蜡粉形成的基因和分子机理仍不清楚。本研究以果面有蜡粉材料‘P131’和无蜡粉材料‘BF3-1’为亲本,构建六世代群体,明确冬瓜果面蜡粉的遗传规律;通过集团分离分析法(BSA-seq)结合基于遗传图谱的基因定位,对冬瓜果面蜡粉基因进行了初定位;扩大F2群体,利用初定位区间两侧分子标记筛选重组株,进一步缩小定位区间,实现冬瓜果面蜡粉基因的精细定位,结合定位区间内基因的功能注释、基因表达模式及两亲本间的序列差异,筛选候选基因。本试验主要研究结果如下:(1)六世代群体果面蜡粉表型调查结果发现,杂交一代F1、F1与有蜡粉亲本‘P131’侧交一代均有蜡粉,F1与无蜡粉亲本‘BF3-1’侧交一代群体中果面有、无蜡粉单株数目符合1:1的分离比,F2群体中果面有、无蜡粉符合3:1的孟德尔分离比。因此,冬瓜果面蜡粉性状是由单基因控制的质量性状,有蜡粉对无蜡粉是显性,将该基因命名为BhWAX。(2)利用BSA-seq将BhWAX基因定位于9号染色体的31,580,001-59,500,000 bp物理区间范围,区间大小为27.92 Mb。根据亲本基因组重测序数据开发9号染色体In Del分子标记,从159对标记中筛选获得56对多态性分子标记,并对574个F2单株进行基因分型,去除扩增效果差和有偏分离的标记后,最终有18对分子标记可用于构建遗传图谱和BhWAX基因定位。最终将BhWAX基因定位到C9-46.175和C9-47.164两个标记之间,两标记距BhWAX基因分别3.7 c M和3.0 c M,对应物理区间为46,175,172-47,164,043 bp。进一步利用C9-46.175和C9-47.164这两个标记对2487株F2单株进行基因分型,筛选获到46个重组株。通过二代测序对46个重组株进行基因分型,将BhWAX基因精细定位于46,218,704-46,685,864bp物理区间范围,共467.16 kb。(3)根据冬瓜基因组注释信息,发现候选区间内包含9个蛋白编码基因和3个未知功能基因,利用实时荧光定量技术(q RT-PCR)分析候选区间内全部基因在有蜡粉材料和无蜡粉材料不同组织和果实生长发育不同时期果皮和果肉的表达。结果发现Bhi09G001426和Bhi09G001428两个酰基辅酶A甾醇酰基转移酶家族基因在有蜡粉亲本的果皮中表达量显著高于无蜡粉亲本,且随果实发育呈明显上升趋势,该表达趋势与蜡粉在有蜡粉材料果实表面形成时间相吻合。因此,初步推测Bhi09G001426和Bhi09G001428为BhWAX的候选基因。(4)根据重测序信息,发现两亲本在Bhi09G001426基因的外显子区域存在2个非同义突变SNP位点,Bhi09G001428基因的外显子区域存在3个非同义突变SNP位点。根据Bhi09G001426基因46222154位点(C-T变异)、Bhi09G001428基因46262292位点(C-T变异)和46262321位点(A-G变异)设计CAPS分子标记,发现WAXS4-CAPS1标记效率最高,F2群体基因型与田间表型符合率高达97.44%,不同生态型冬瓜群体的基因型与蜡粉表型符合率高达90.00%,是一个与冬瓜果实表面蜡粉性状紧密连锁的分子标记,可用于苗期果实表面蜡粉性状的筛选。
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