甜瓜幼苗耐冷性评价体系构建及耐冷性相关位点的挖掘
甜瓜是世界十大水果之一，在中国种植面积广泛。早在《神农本草经》中就有记载“甜瓜蒂为上品药材”，其栽培历史距今已有千余年。甜瓜为喜温植物，对低温敏感，整个生长期都要求较高的温度。但在越冬及早春提前栽培过程中，甜瓜秧苗经常受到低温天气的影响，造成苗期延长、果实品质下降，因此对甜瓜耐低温性进行研究显得十分重要。为此，本研究进行了甜瓜幼苗耐冷性评价体系的构建及基于甜瓜核心种质的耐冷性全基因组关联分析，研究结果为进一步深挖甜瓜耐冷相关基因、优异种质创新及培育耐冷新品种奠定基础。本研究结果如下: 1.甜瓜幼苗耐冷性评价体系的构建。以甜瓜核心种质中筛选出的19份遗传背景差异明显的种质为材料，测定低温胁迫下幼苗的9个形态指标和8个生理指标，利用主成分分析、聚类分析、回归分析等多元统计方法对各指标的耐冷系数（α值）进行综合分析，评价不同种质的耐冷性。结果表明，低温胁迫下甜瓜幼苗的形态和生理指标发生了明显的变化，其α值的变异系数均大于10％，生理指标的α值变化更为明显。主成分分析将原有的17个指标转换为7个独立的综合指标，其累计贡献率达84.64％，以此计算各种质的隶属函数值，并以主成分的贡献率进行加权，最终获得所有种质耐冷性的综合评价值（D值）。基于D值的聚类分析将所有种质按耐冷性强弱划分为3类，其中“欧金”为耐冷性最强的种质，“许金1号”等11份种质具有中等耐冷性，“秋香”等7份种质耐冷性较弱。通过逐步回归分析建立了甜瓜幼苗耐冷性评价的数学模型: D=0.048+0.048POD-0.119SOD+0.097Pro+0.042CRI+0.084RDW+0.206OFW，其预测精度大于93.0％。 2.甜瓜核心种质耐冷性的变异。厚皮甜瓜幼苗经过低温胁迫后耐冷性多样性指数H'平均为1.93，说明厚皮甜瓜幼苗多样性丰富，可能存在耐冷性相关基因。春秋两季的耐冷指数变异系数最小为16.32％，最大为32.02％，说明厚皮材料在受低温胁迫后不同材料间差异较大。春季CII(Chilling-Injury Index)和RI（Recovery Index）变化基本一致，但秋季的一致性不明显，两指标在秋季的CV和H'均要低于春季相应值。春季CRI与秋季CII显著相关，相关系数为0.260。薄皮甜瓜幼苗经过低温胁迫后耐冷性多样性指数H'平均为1.41，幼苗差异也较大，尤其是秋季CRI变异系数高达6022％。春季CII与CRI变化基本一致，秋季一致性不明显。春季CII的CV和H'大于秋季相应值，春季CRI的CV和H'小于秋季相应值。薄皮甜瓜幼苗春季CII和秋季CRI相关系数为0.06，春季CRI和秋季CRI相关系数为0.146，相关性不高。观察发现CII与CRI呈显著负相关。 3.甜瓜分子水平遗传多样性分析。191个SSR位点在核心种质（192份）中共检测到973个等位基因，不同SSR标记检测到的等位基因数(Na)为2～13，平均有效基因数为5.094。多态性信息含量(PIC)范围0.148～0.888，平均值为0.531。在124份厚皮材料中共扩增出954个条带，等位基因数(Na)为2～13，平均有效基因数为4.995。PIC变幅0.119～0.882，平均值为0.504。在68份薄皮甜瓜群体中共扩增出701个条带，等位基因数(Na)为2～11，平均有效基因数为3.709。PIC变幅0.03～0.857，平均值为0.298。以上数据表明本研究所选取的191个SSR位点在甜瓜种质中变异明显，供试材料的遗传多样性丰富，厚皮甜瓜的遗传多样性高于薄皮甜瓜。 4.聚类分析和群体结构分析。利用NTSYS2.1软件采用UPMGA聚类方法将192份种质分为两类(Ⅰ、Ⅱ)。Ⅰ组共71份材料，包含66份薄皮种质，9份厚皮种质;Ⅱ组共117份材料，包含115份厚皮种质，2份薄皮种质。Structure分析可将192份甜瓜材料划分为2个类群(P1、P2)。P1类群含有121份种质，厚皮种质117份，薄皮种质4份，是一个典型的厚皮亚群;P2类群包含71份种质，薄皮种质64份，厚皮种质7份。Structure分析结果中的P1和NTSYS2.1聚类结果中的Ⅱ亚群有115份种质重叠，P2和Ⅰ亚群有71份种质重叠，显示了两种分析结果的高度的一致性。 5.连锁不平衡分析。厚皮甜瓜群体内有1278个位点组合处于高度LD状态(D'≥0.5)，其中符合统计概率P＜0.01支持的有951对，占总位点组合数的5.24％;薄皮甜瓜群体内有8630对位点组合处于高度LD状态（D'≥0.5），符合统计概率P＜0.01支持的有3669对，占总位点组合数的20.65％。薄皮群体LD程度更高，更适合关联分析。分别选择同一连锁群上的SSR位点间连锁不平衡程度衡量值R2为指标，结果发现两个群体内普遍存在LD并随着位点间距离的增大而衰减。本研究标记平均距离约为1.2cM，可以满足关联分析的要求。 6.关联分析。分别以厚皮群体和薄皮群体的Q值为协变量，采用一般线性模型(GLM)检测薄皮群体和厚皮群体内标记与耐冷性(CII和CRI)的关联程度。共发现107个与幼苗耐冷性显著关联的位点(P＜0.05)，其中32个呈极显著水平(P＜0.01)。厚皮种质群体中，共发现52个关联位点，其中，CMCT505、SSR018207在两个环境条件下重复出现，表型解释率均在0.3以上;薄皮种质群体中，共发现55个关联位点，其中，HNM40在两个环境条件下重复出现，表型解释率在0.1以上。通过两个群体对比发现CMCT505、SSR015399、SSR015829、CMCTTN175、CMTAN142、ECM182、ECM88在两个不同群体中均能被检测到，其中CMCT505在不同群体的不同环境下反复出现。综合考虑两个群体在不同环境中的关联结果，初步筛选出的9个位点:CMCT505、SSR015399、SSR015829、SSR018207、SSR010993、SSR032536、HNM40、DE1329和SSR031575，这些位点在不同的环境和不同群体中具有一定的重复性。 7.优异等位基因的表型效应及其载体材料。本研究中发掘到春秋两季对厚皮甜瓜幼苗受冷害程度减效明显的等位变异CMCT505-203和SSR018207-258，相应的载体分别为702、837和686、895;春秋两季在薄皮群体中对低温胁迫后恢复增效明显的等位变异为HNM40-200，典型材料为291、384和1066。特别值得注意的是CMCT505位点解释率在0.25以上，且在冷害指数方面AEE减效明显，恢复指数方面AEE增效较高，等位变异位点CMCT505-201对提高幼苗耐冷性明显有利，此变异位点可作为筛选耐冷种质的重要参考依据。
甜瓜;耐冷性;评价体系;基因筛选
河南农业大学
硕士
蔬菜学
胡建斌
2017
中文
S652;S601
88
2018-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）