丝瓜短蔓基因的精细定位及鉴定

来源 :仲恺农业工程学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tony_yang
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丝瓜(Luffa acutangula)是葫芦科(Cucurbitaceae)丝瓜属(Luffa)一年生攀援藤本植物,是热带和亚热带地区非常重要的药膳兼用植物。短蔓是葫芦科作物育种中非常重要的农艺性状,丝瓜短蔓突变体具有株型紧凑、无须整枝、通风透光的优点,可以达到在各类栽培条件下提高种植密度、节省人力物力和轻简化栽培的目的,因此短蔓性状在育种中常被作为理想株型的关键性状,一直以来都是育种家们关注的热点。目前,尚未有关于丝瓜短蔓突变体的相关研究及报道。本研究以有棱丝瓜短蔓突变体WJ209、有棱丝瓜自交系WT和有棱丝瓜高代自交系S1174为研究对象,通过表型性状分析、后代遗传分析、BSA-Seq技术、分子标记技术以及RNA-Seq技术,对WJ209短蔓性状的遗传规律进行分析,并对其短蔓基因Lacd1进行精细定位和鉴定,为阐明丝瓜短蔓性状形成的分子机理、解析短蔓基因的调控网络及今后选育优质丝瓜短蔓品系奠定了坚实的基础。主要研究结果如下:1、本研究首次发现一个丝瓜短蔓突变体并命名为WJ209,其性状表现为节间数减少、节间缩短、茎增粗、叶片变厚。石蜡切片的结果表明,茎纵切细胞长度的缩短引起了节间长度缩短,而节间长度的缩短和节间数的减少导致了WJ209的总蔓长变短。2、在丝瓜盛果期对WJ209、S1174及二者杂交的F1和F2群体的蔓长进行调查,结果显示F1代群体均表现为正常蔓型,F2代表现出3:1的分离比(正常植株:短蔓植株=235:88,χ2=0.87;P=0.352>0.05)。这表明WJ209的短蔓表型受隐性单基因控制,并将其命名为Lacdwarf1(Lacd1)。3、本研究利用BSA-Seq技术和特异性分子标记对F2分离群体进行分析,在丝瓜5号染色体上快速定位到了65.4kb的区域内。基因注释显示,此区段内存在5个基因,其中Lac05g019500编码GA3ox(合成生物活性赤霉素的关键酶);DNA序列分析表明,由于Lac05g019500的第一个内含子中插入约4kb的DNA片段,导致Lac05g019500在WJ209中的转录受阻;转录组测序数据表明,与WT相比,WJ209中只有Lac05g019500的m RNA不正常,表达量显著降低。因此,本研究认为Lac05g019500是最可能的丝瓜短蔓基因Lacd1。此外,施用外源GA3可以将WJ209的短蔓表型恢复正常,说明WJ209是GAs生物合成缺陷突变体。4、通过RNA-Seq发现短蔓突变体WJ209与野生型WT相比,调控植物激素反应、细胞过程、细胞壁、细胞膜和胁迫反应等方面的多个基因都发生了显著变化。
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