番茄果实表皮网裂基因ER4.1的遗传定位及转录组相关分析
裂果是番茄生产中经常遇到的一个难题。裂口的发生会加快果实水分流失，缩短贮藏和运输时间，并严重影响其外观品质和商品价值，同时为病原菌提供入口侵入果实，给种植者和经营者造成严重地经济损失。番茄裂果是一个数量性状，由不同的基因控制，其遗传机制极为复杂，至今尚无裂果基因被精细定位或图位克隆。因此，精细定位番茄裂果基因，不但有助于阐明番茄果实发育的分子机制，而且对指导番茄抗裂果育种也具有重要意义。 在本课题组所构建的野生番茄潘那利Solanum pennellii(LA0716)渐渗系中，发现了一类番茄果实表型变异的株系，其特征是果实表皮微裂呈网状（epidermal reticulation，ER）。本研究利用石蜡制片、扫描电镜等方法鉴定了番茄果实表皮网裂的表型;对ER4.1基因进行了精细定位;同时分析了网裂果皮转录组的动态变化。其主要研究结果概括如下: 1、番茄ER植株的果实在23DAP(days after pollination)时，果皮开始出现微裂;至绿熟期，裂纹已交错呈网状分布于整个果实表面。通过组织形态学观察发现，番茄果实角质层随果实发育而增厚，但ER与正常果实（wild type，WT）相比，其角质层厚度没有显著差异。网裂果实的表皮角质层断裂、不连续，致使果实严重脱水，属于番茄裂果中的角质层开裂(cuticle cracking，CC)。 2、遗传分析结果表明，番茄果实表皮网裂性状受一个显性位点控制。首先，利用渐渗系全基因组分子标记分析，将ER4.1基因位点初步定位于4号染色体末端，然后通过分离群体中4400多个单株将其精细定位于分子标记InDel4-82至染色体末端之间，其物理距离为300kb，此区间可能存在重组抑制，根据国际番茄基因组注释小组ITAG2.40版本，该区域编码52个基因。 3、利用转录组数据对定位区间内52个预测基因的表达水平进行分析，结合基因功能注释分析，推测Solyc04g082540、Solyc04g082950、Solyc04g082630和Solyc04g082910可能是ER4.1候选基因。 4、对网裂和正常植株果实两个不同时期（15DAP和23DAP）的果皮转录组进行分析，当p值≤0.01时，共筛选到4478个差异表达基因(DEG)，其中2720个基因在15DAP时期差异表达，2621个基因在23DAP时期差异表达，863个基因在两个时期都有差异。通过GO(Gene Ontology)注释分析，发现大部分差异表达基因被富集到非生物响应、光合作用、激素响应、代谢过程、伤害应答等生物学过程。此外，还分析了番茄果实角质层成分（如角质、蜡质和类黄酮）合成途径中基因表达的变化，发现在ER果皮中，蜡质的成分烷烃和萜类化合物合成基因表达水平升高，醇类合成途径中基因表达下降;黄酮类生物合成途径中的关键酶基因CHS在15DAP ER果皮中表达上调，Rutin合成途径中的基因表达也同样上调。 本文对番茄网裂果实表型、遗传定位及转录组的分析研究，对于番茄品质育种具有较大的意义。
番茄;裂果;ER4.1基因;遗传定位;转录组
中国农业科学院
硕士
蔬菜学
王孝宣
2017
中文
S641.2
59
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）