黄瓜单性结实性状的QTL定位及候选基因筛选
黄瓜是瓜类植物中最重要的蔬菜之一，在农业生产和生活中占据重要地位。栽培黄瓜具有独特的单性结实能力，在没有授粉或其他刺激的情况下可以形成无籽果实。这特性对于在常见的设施栽培条件下，没有传粉者或在高湿度、弱光、高温等不适宜的环境下种植尤为重要，然而，目前关于单性结实黄瓜种质资源的基因研究和定位工作还很少。探究黄瓜单性结实性状QTL位点有助于进一步认识黄瓜单性结实的遗传机制，促进单性结实种质资源的创新，提高现代黄瓜品种的单性结实效率。 本研究围绕单性结实表型具有显著差异的两个黄瓜全雌系“19839”和“20266”，构建自交后代F2群体为作图群体，调查2020秋季和2021春季的结实性表型数据，利用34个在双亲间有多态性的SSR标记和开发的Indel标记进行遗传作图，构建了一张黄瓜遗传连锁图谱，同时结合QTL-Seq测序结果，对黄瓜单性结实性状进行QTL定位研究，初步预测了黄瓜单性结实主效QTL区域。并以强单性结实亲本作为轮回亲本与重组单株进行了杂交，构建了回交一代群体。通过双亲显微结构观察，结合RNA-Seq和表达分析对主效QTL区间内的基因进行辅助筛选，预测了与单性结实相关的差异表达基因及可能的候选基因。主要研究结果如下： 1.通过50份黄瓜种质资源的单性结实调查，筛选了单性结实性具有显著差异的两个欧洲型黄瓜全雌自交系，其中自交系“19839”单性结实能力极差，而自交系“20266”单性结实能力较强。二者的F1表现为低节位化瓜、中高节位偶尔会出现单性结实果实，但是高节位又化瓜的中间表型；F2群体出现性状分离。 2.对上述两黄瓜亲本进行组织化学分析，观察双亲在-3d、0d、3d、6d和9d的果实切片表明，单性结实果实膨大这一现象很可能与细胞分裂和扩增有关。通过对双亲的子房在-3d、0d和3d的转录组测序分析，数据表明相对于不结实材料，结实果实的发育过程主要涉及植物激素、细胞周期和糖类的合成代谢等途径的基因表达变化。 3.利用构建的F2群体进行遗传作图，共获得380个SSR标记可以在双亲本间表现多态性差异。根据染色体位置分布，选择其中的34个标记，以F2为目标群体，构建了1张包含7个连锁群的遗传简图，QTL分析预测可能在1、2和7号染色体上存在单性结实相关主效或微效位点。BSA极端表型混池测序表明，主效位点位于7号染色体上。此外，2、3和5号染色体上可能存在微效位点。进一步，在7号染色体上检测到1个位于标记SSR7020与Indel5之间的黄瓜单性结实性状QTL位点Parth7.1。通过重组单株筛选，获得了不同基因型与20266构建的回交群体。 4.对双亲本果实在-3d、0d和3d的转录组数据进行差异表达分析，在不结实亲本19839果实发育过程中，获得了10789个差异表达基因，GO分析结果显示差异表达基因编码蛋白主要参与了双氧化活性、氧化还原酶活性、DNA结合转录因子活性和转运调节活性蛋白等。在结实亲本20266果实发育过程中，获得了4318个差异表达基因，主要参与了辅酶绑定和糖激酶转运活性、脂肪酸生物合成和微管运动等途径。 5.转录组数据中，在前期定位的主效QTL的7号染色体区间（标记SSR7020与Indel5之间）共有405个基因存在差异表达，结合双亲果实转录组数据和9930各个组织的转录组数据，发现了其中14个基因在果实中优势表达或者特异表达，推测Csa7G168060、Csa7G073410、Csa7G073430、Csa7G073440和Csa7G108300可能为黄瓜单性结实性状的候选基因。且目前与Csa7G073410基因相关的敲除和过表达转基因研究正在进行。
黄瓜;单性结实性状;QTL定位;候选基因;基因表达
西北农林科技大学
硕士
蔬菜学
李征
2022
中文
S642.2;S603.2
2023-02-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）