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        基于四個(gè)遺傳群體的西瓜整合圖譜 構(gòu)建及重要經(jīng)濟(jì)性狀QTL定位

        2019-09-19 19:26:04任毅張巖宮國義張海英郭紹貴孫宏賀蔡萬濤張潔許勇
        中國瓜菜 2019年8期
        關(guān)鍵詞:野生種親本染色體

        任毅 張巖 宮國義 張海英 郭紹貴 孫宏賀 蔡萬濤 張潔 許勇

        目的與意義:人們長(zhǎng)期對(duì)于現(xiàn)代栽培西瓜優(yōu)良性狀的選育使得西瓜遺傳基礎(chǔ)變得狹隘。野生亞種是西瓜育種中優(yōu)異基因的重要來源,但將野生亞種中的優(yōu)良性狀基因轉(zhuǎn)入到現(xiàn)代栽培西瓜中的成功率很低。由于缺乏高質(zhì)量的遺傳圖譜致使分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)在西瓜中的應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn),難以在圖譜之間進(jìn)行整合和比較分析。本研究的目的是整合現(xiàn)有的利用單核苷酸多態(tài)性(SNP)和簡(jiǎn)單重復(fù)序列(SSR)標(biāo)記構(gòu)建西瓜整合遺傳圖譜。

        材料與方法:使用4種不同雜交組合的西瓜群體作為試驗(yàn)材料,其分別為栽培品種‘97103和野生種‘PI 296341-FR雜交產(chǎn)生的103株系重組自交系(RIL)F8群體,以及由北美栽培種‘ZWRM50和野生種‘244019(ZWRM × citron) 雜交產(chǎn)生182單株F2群體,164株系 [栽培種Klondike Black Seeded ×栽培種New Hampshire Midget(KBS × NHM)] RIL群體,還有187單株[栽培種Strain II ×半野生種PI 560023 (SII×egusi)] 的F2群體。通過將SNP標(biāo)記添加到bin來構(gòu)建整合圖譜。使用不同的計(jì)算機(jī)軟件來比較共線性數(shù)據(jù)、測(cè)量糖含量、計(jì)算遺傳力(h2)置信區(qū)間(CI)、分析性狀間的遺傳相關(guān)性、聯(lián)合分析單一環(huán)境和多環(huán)境互作效應(yīng)。

        結(jié)果與分析:作者整合了SSR(簡(jiǎn)單重復(fù)序列)標(biāo)記698個(gè),InDel(插入缺失標(biāo)記)標(biāo)記219個(gè), SV(結(jié)構(gòu)變異)標(biāo)記36個(gè)和SNP標(biāo)記386個(gè)來構(gòu)建整合圖譜。該圖譜包含1 339個(gè)標(biāo)記,跨越798 cM,平均標(biāo)記間隔為0.6 cM。西瓜基因組的大小為425 Mbp,此處的圖譜每個(gè)標(biāo)記有317 Kb的平均物理區(qū)間,使其成為迄今為止最飽和的西瓜數(shù)據(jù)圖譜。最大數(shù)量的標(biāo)記(159)位于第1號(hào)染色體上,其最長(zhǎng)遺傳距離為115.4 cM,而第8號(hào)染色體僅有90個(gè)標(biāo)記,跨越29.2 cM,使其成為遺傳距離最小的染色體(圖1)。

        在栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR群體中總共繪制了386個(gè)SNP標(biāo)記。因?yàn)樵?個(gè)作圖群體中僅有45個(gè)共同的SNP標(biāo)記,作者選擇單獨(dú)的SNP圖譜與整合圖譜進(jìn)行共線性比較(圖2)。在KBS×NHM,SII×egusi和ZWRM50×citron中分別有216、203和200個(gè)共同標(biāo)記。對(duì)于與整合圖譜中共同的標(biāo)記,4個(gè)單獨(dú)的圖譜之間存在高度的標(biāo)記共線性。僅在第1號(hào)染色體上的50.7 cM至55.1 cM的區(qū)域中,栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR圖譜和其他3個(gè)圖譜之間的標(biāo)記順序相反。然而,這 3個(gè)SNP圖譜在第1號(hào)染色體區(qū)域中具有高度的標(biāo)記共線性,因此,這可能是由于遺傳定位過程中計(jì)算方法的不同。標(biāo)記順序良好的共線性表明在西瓜的馴化過程中沒有發(fā)生染色體重排。

        在栽培種×野生種(97103×PI 296341-FR)RIL群體中檢測(cè)到9個(gè)明顯的偏分離熱點(diǎn)區(qū)域(SDR)。在‘ZWRM50(栽培種)בPI 244019(野生種)F2群體中,檢測(cè)到5個(gè)SDR(p <0.001)。雖然2個(gè)群體在第1、第2、第5號(hào)染色體和第10號(hào)上都有SDR,但它們位于染色體的不同區(qū)域。第10號(hào)染色體上的標(biāo)記在2個(gè)群體中都偏向野生種親本(‘PI 296341-FR和‘PI 244019),而第5號(hào)染色體上的標(biāo)記在2個(gè)群體中偏向栽培種親本(‘97103和‘ZWRM50)。然而,第1、第2號(hào)染色體和11號(hào)染色體上的標(biāo)記在2個(gè)群體中偏向不同類型的親本。在第10號(hào)染色體上偏向于野生種親本,這可能會(huì)阻礙西瓜繁殖過程中經(jīng)濟(jì)性狀種等位基因的轉(zhuǎn)移。在栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR RIL群體中檢測(cè)到的相對(duì)較多的基因組向栽培種親本偏分離。

        栽培種 ‘97103 各糖分含量均比 ‘PI 296341-FR高,在RIL群體中,蔗糖、葡萄糖和果糖含量均有超親遺傳存在,RIL群體中糖分含量均有傾向于‘PI 296341-FR,蔗糖含量在RIL群體中含量顯著低于親本‘97103,可能的原因是在RIL群體中蔗糖均被轉(zhuǎn)化酶分解成果糖和葡萄糖,從而導(dǎo)致了RIL群體表現(xiàn)出果糖積累型。多年多點(diǎn)的種植并鑒定含糖量發(fā)現(xiàn),果糖和葡萄糖及可溶性固形物含量的遺傳力均高于85%,而蔗糖含量的遺傳力只有65%,也表明RIL群體中蔗糖的含量受到轉(zhuǎn)化酶的影響。

        將所有QTL整合到整合圖譜上可以更精細(xì)地比較不同群體中定位的QTL位置,并使用標(biāo)記的物理圖譜位置來鑒定特定性狀的候選基因。除了比較QTL在不同群體中位置之外,整合圖譜還可用于鑒定重要染色體區(qū)域中潛在的多態(tài)性標(biāo)記。在第2號(hào)染色體上檢測(cè)到12個(gè)對(duì)應(yīng)于6個(gè)果實(shí)性狀的QTL,分別為可溶性固形物(Brix)、果實(shí)長(zhǎng)度(FL)、果實(shí)寬度(FWD)、果實(shí)質(zhì)量(FWT),果皮厚度(RTH)和果形指數(shù)(FSI)。果實(shí)大小和果實(shí)含糖量QTL共定位的一個(gè)可能解釋是:果實(shí)成熟是一個(gè)復(fù)雜因素,特別是在果實(shí)成熟時(shí)期廣泛分離的群體中。然而,果實(shí)成熟是否在果實(shí)糖含量和果實(shí)大小QTL的共定位中發(fā)揮作用仍有待研究。

        結(jié)? ? 論:利用西瓜4個(gè)親本(包含3個(gè)亞種)的遺傳圖構(gòu)建了1張整合圖譜,該整合圖譜共計(jì)包含 SSR 標(biāo)記689個(gè),InDel標(biāo)記219個(gè),SNP標(biāo)記386個(gè),SV標(biāo)記36個(gè),共計(jì)1 339個(gè),遺傳距離798 cM,平均標(biāo)記間距 0.6 cM。58個(gè)已經(jīng)發(fā)表的QTL和12個(gè)新發(fā)現(xiàn)的QTL已經(jīng)整合到整合圖譜,其中,新發(fā)現(xiàn)的QTL包括西瓜可溶性固形物含量(Brix),果糖(Fru)、蔗糖(Suc)和葡萄糖(Glu)含量QTL。通過整合圖譜將西瓜可溶性固形物含量主效QTL(Brix)定位于 chr2(QBRIX2-1、QBRIX2-2 及QBRIX2-3),這3個(gè)主效QTL均與果糖含量 QTL(QFRU2-1、QFRU2-2 和 QFRU2-3)重合。其中2 個(gè)QTL(QBRIX2-1 和 QBRIX2-3)與蔗糖含量 QTL(QSUC2-1 和QSUC2-2)重合。通過整合比較分析不同群體下定位的含糖類 QTL 發(fā)現(xiàn) QBRIX2-1、QBRIX2-2 及QBRIX2-3 均能在不同遺傳背景下被檢測(cè)到,且位于整合圖的同一區(qū)間,表明這些QTL能夠解釋廣泛背景下的遺傳變異。

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