西葫芦核心种质幼苗耐低温弱光性评价及GWAS分析

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西葫芦(Cucurbita pepo L.)是世界范围内重要的瓜类蔬菜,我国的栽培面积及产量均居世界前列。近年来,西葫芦的保护地栽培面积仅次于黄瓜,已经成为农民增收、农业产业结构调整的重要栽培作物。但北方地区的反季节保护地生产过程中,由于长期处于低温弱光条件下,为保障产量与品质,需要西葫芦品种具备耐低温弱光特性。目前,育成的耐低温弱光西葫芦品种较少,缺少高效的选育技术手段,同时对西葫芦低温弱光耐性的分子机理研究鲜有报道,严重阻碍了优良品种的培育。本研究对110份西葫芦种质材料进行苗期耐低温弱光鉴定与评价,筛选出耐低温弱光的西葫芦种质材料;并利用重测序技术获得全基因组范围内的SNP数据,进行群体结构和亲缘关系分析;进一步通过全基因组关联分析,获得与西葫芦低温弱光耐性显著关联的SNP位点并筛选潜在的候选基因,为完善西葫芦低温弱光耐性评价技术,发掘低温弱光耐性相关基因以及选育耐低温弱光优良新品种奠定基础,也为解析耐低温弱光分子机制提供了参考。主要研究结果如下:1.对110份西葫芦种质材料的7个表型性状进行统计描述和分析。变异系数分析表明,低温弱光下西葫芦幼苗叶片气孔导度的变异系数最大,为82%,净光合速率的变异系数最小,为17%。低温弱光下西葫芦幼苗叶面积变化量、下胚轴变化量、气孔导度和蒸腾速率的变异系数都超过了50%,说明这4个性状存在丰富的表型变异;净光合速率的变异系数小于25%,表明这个表型性状的遗传特性比较稳定。相关性分析结果表明这7个表型性状之间存在着较为复杂的相关关系。主成分分析表明,可将这7个表型性状归纳为两个主成分,这两个主成分的累积贡献率为75.03%,说明这两个主成分可以代表西葫芦7个耐低温弱光相关表型性状的大部分信息。2.在处理温度为15/5℃和光照强度为60μmol·m-2·s-1的低温弱光胁迫下,不同西葫芦种质幼苗之间的叶面积变化量、下胚轴变化量、光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和冷害指数都有比较大的差异。综合考虑这7个性状,最终筛选出9份西葫芦种质为耐低温弱光材料,分别为D54、D73、D79、D61、D80、D71、D64、D76、D59,其中D54和D79为强耐低温弱光材料。3.利用2,476,696对SNP标记对110份西葫芦种质材料的群体结构、亲缘关系和连锁不平衡进行分析。群体结构分析表明,可以将这110份西葫芦种质材料分为三个亚群;亲缘关系分析表明,亲缘关系系数大于0.20的材料占总材料的7.81%,这110份种质材料间的亲缘关系相对较远;连锁不平衡分析表明,基因组的LD衰减值为18.3 kb,各染色体LD衰减物理距离范围跨幅较大,表现不均衡。4.利用混合线性模型,对与西葫芦耐低温弱光相关的7个表型性状进行全基因组关联分析,共检测到34个显著关联的SNP位点,分布于8条不同的染色体上;在显著SNP上下游各延伸300 kb的区段内进行基因注释并挖掘候选基因,最终推测Cp4.1LG20g04830为与低温弱光处理后光合速率相关的潜在候选基因,推测Cp4.1LG04g14030基因可能为控制低温弱光处理后西葫芦气孔导度和蒸腾速率的潜在候选基因。
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