论文部分内容阅读
胡萝卜（Daucus carota L.）是全球十大蔬菜作物之一,具有很高的营养价值和经济效益。目前在国内高端规模化种植市场使用的胡萝卜品种多为杂交品种。胡萝卜杂交选育途径主要利用细胞质雄性不育材料,分为“瓣化型”和“褐药型”,其中“瓣化型”雄性不育系较为稳定,且表型易鉴定,是目前杂交育种中使用最为广泛的。瓣化型雄性不育在很多作物中都有发现,但由于其育性遗传不稳定以及难以获得较好的恢复系,在实际育种中少有利用。胡萝卜瓣化型雄性不育系不仅遗传稳定,而且已经广泛应用于杂交育种生产中,但是对其育性恢复的机制研究相当薄弱。本研究分别以不育系P2S、P25A和自交系17166C为亲本构建2个F2群体,采用QTL-seq和传统遗传定位相结合进行初定位,并利用生物信息学方法挖掘候选基因。具体研究结果如下:1.通过对国内外引进的65个品种以及课题组选育的11个组合进行育性调查,发现不同遗传背景的F1材料育性恢复度从0–100%不等;通过对2个F2群体育性调查,发现H1604群体中育性恢复株与不育株分离规律符合3:1,H1601群体则不符合,而且部分单株出现半不育情况,说明胡萝卜育性恢复过程中可能存在单个主效基因或多个微效基因共同调控。2.以H1604群体为材料,分别选取完全不育和完全可育的单株各23株组建可育池和不育池,对可育池和不育池以及亲本进行全基因组测序。通过QTL-seq分析,在H1604群体9号染色体上找到一个与育性恢复关联的区域,该区间为0–5.1 Mb。3.基于胡萝卜全基因组测序,在9号染色体的0–5.1 Mb区间内开发了66对Indel标记和68对CAPS标记,对可育池和不育池以及亲本进行筛选,仅得到了16对多态性Indel标记和9个多态性CAPS标记,并且这些标记在H1601群体中也具有多态性。利用两个F2群体分别构建遗传图谱,进行定位分析,在H1604群体中Rf1（fertility restoration gene）位于两侧翼标记InD9＿2328988和InD9＿3352891之间,两个InDel标记对应的物理位置是9号染色体的2.33 Mb–3.35 Mb,该区间共有88个注释基因。在H1601群体中Rf2位于两侧翼标记CAP9＿1857204和CAP9＿2177501之间,对应的物理位置是9号染色体的1.86 Mb–2.18 Mb,物理距离为320 kb,该区间共有36个基因。根据标记连锁分析,Rf1和Rf2在9号染色体上位置是相邻的。4.基于参考基因组注释文件,我们通过ANNOVAR软件分析了两群体可育池和不育池中SNP和InDel的变异类型以及蛋白注释,去除在亲本中杂合的位点,在Rf1区间内得到6个基因在外显子上导致非同义突变的SNP位点,其中5个编码PPR蛋白。通过筛选已有发表的其它植物中的PPR基因进行系统进化树分析,发现上述5个基因与其它6个植物中克隆的11个恢复基因聚到一个枝上,且其中4个基因LOC108201825、LOC108201828、LOC108201831、LOC108202465之间的一致性高达81.5%,与矮牵牛的Rf-PPR592一致性高达72.8%,与拟南芥的RPF1一致性高达72.3%。