西瓜亮黄色果肉关键基因ClCyf精细定位的研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyujing07
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西瓜(Citrullus lanatus L.)是重要的葫芦科经济作物,随着人民生活水平层次的不断提高,消费者对西瓜品质的需求也发生了很大改变,除了注重口感外,具有不同果肉色泽的西瓜品种逐渐受到当代消费者的重视和青睐。类胡萝卜素是影响西瓜果肉色泽的重要物质,也是评价西瓜营养价值的关键指标。因此,对西瓜果实颜色及其相关基因的表达规律进行深入的探讨,不仅在理论上也在实际应用中起到了很大的作用。本试验以Cream of Saskatchewan(简称COS,浅黄色果肉)与PI 635597(亮黄色果肉)为父母本进行杂交获得F1代,F1代自交获得F2代群体,调查田间表型明确西瓜亮黄色果肉颜色遗传规律。在F2代中挑选极端性状各20株,构建浅黄色-亮黄色果肉基因池,通过BSA-seq测序及双亲基因组重测序数据,获得与目标性状连锁的染色体及定位区间,在目标染色体上开发CAPS(Cleaved Amplified Polymorphic Sequence)和In Del(Insertion-Deletion)分子标记,利用多态性分子标记对F2代群体进行基因分型,获得控制亮黄色果肉基因的初步定位区间。在此基础上继续开发标记,扩大F2代群体,筛选重组单株,完成精细定位。对精细定位区间内候选基因进行序列比对、q RT-PCR分析及基因克隆,最终确定控制西瓜亮黄色果肉的关键基因。本试验研究结果如下:(1)F1代果肉颜色表现为亮黄色,F2群体中非浅黄果肉组与浅黄果肉组比例为96:33,且在卡方检验中χ~2>χ~20.05=0.886,符合3:1的遗传比例,由此西瓜亮黄色果肉是显性性状,受单基因控制,将该基因命名为ClCyf(Canary yellow flesh)。(2)通过BSA-seq分析将控制西瓜亮黄色果肉基因(ClCyf)定位到6号染色体上21,853,001-28,260,000 bp区间内,约6.41 Mb。在该区间内开发了21对具有多态性的分子标记(包含了11对CAPS标记、10对In Del标记)。利用33个隐性性状单株(浅黄色果肉)重组事件将ClCyf定位区间缩小至945.22 kb(Chr6:23,556,755-24,581,972 bp),两侧为两个In Del标记Chr06_23556755和Chr06_24581972。(3)在初步定位区间继续开发标记,并扩大F2代群体(652株)进行重组单株的筛选,最终将ClCyf定位于Chr06_24383716和Chr06_244463337两个标记之间,物理距离缩小至79.62 kb。在精细定位区间内共包含10个注释基因,其中有3个基因功能未知;Cla97C06G122030和Cla97C06G122060编码富含甘氨酸的细胞壁结构蛋白;Cla97C06G122080和Cla97C06G122090与跨膜蛋白有关;Cla97C06G122100和Cla97C06G122110与WAT1蛋白相关;Cla97C06G122120编码三角状五肽重复蛋白(PPR)。(4)根据重测序数据分析10个候选基因编码区(Coding Sequence,CDS)序列及启动子序列,在两亲本序列间的突变情况。有2个基因的编码区发生了非同义突变,Cla97C06G122110有1处碱基(第709个碱基)为非同义突变;Cla97C06G122120有2处(第80和第1986个碱基)非同义突变和1处(第1749个碱基)同义突变;另外,有6个基因在启动子区域的顺式作用元件发生改变。(5)以双亲不同时期果肉组织为材料,利用q RT-PCR技术分析候选基因的表达模式,结果表明只有Cla97C06G122050和Cla97C06G122120的表达量与类胡萝卜素积累的趋势相符,初步推测这两个基因是候选基因。进一步利用五份不同果肉颜色西瓜材料对两个候选基因进行表达量分析发现,Cla97C06G122050在亮黄色果肉PI 635597和橙色果肉Yellow Crimson中的表达趋势一致,而Cla97C06G122120在亮黄色果肉PI 635597中的基因表达量均高于其他材料的表达量;因此推断Cla97C06G122120为ClCyf的关键候选基因。(6)利用精细定位区间内的In Del标记Chr06_24432309对20份不同果肉颜色的西瓜种质进行基因分型,结果表明此标记能够从浅黄色和粉色果肉西瓜中进行分子标记辅助选择。
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