劉識(shí) 高鵬 王學(xué)征 欒非時(shí)
目的與意義:番茄紅素是重要的天然類胡蘿卜素,對(duì)人體具有保健作用,同時(shí)也是紅色果肉西瓜中的主要色素,是決定西瓜果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一。栽培西瓜較低的DNA多態(tài)性阻礙了高質(zhì)量遺傳圖譜的構(gòu)建和番茄紅素含量主效QTL的研究。該研究中,筆者成功地利用自行開發(fā)的CAPS標(biāo)記構(gòu)建了一個(gè)包含16個(gè)連鎖群的西瓜遺傳連鎖圖譜,該圖譜將有利于西瓜果肉番茄紅素含量關(guān)鍵基因確定及其克隆的進(jìn)一步研究,同時(shí)為西瓜果肉番茄紅素含量分子育種提供行之有效的分子標(biāo)記。
材料和方法:以紅色果肉西瓜自交系‘LSW-177(雌雄同株,外皮深綠色具有深綠色條紋,果實(shí)長(zhǎng)圓形;中心可溶性固形物含量為7%,邊緣為5.5%)和淺黃色果肉西瓜自交系‘Cream of Saskatchewan(簡(jiǎn)稱‘COS,雌雄同株,外皮綠色具深綠色條紋,果實(shí)球形;中心可溶性固形物含量為10%、邊部8.6%)為親本,配制F1代并自交及回交獲得F2代及BC1P1、BC1P2群體。利用449對(duì)西瓜SSR標(biāo)記(包括23對(duì)核心西瓜SSR標(biāo)記)和556對(duì)甜瓜SSR標(biāo)記在群體中進(jìn)行篩選。使用Illumina HiSeq 2000高通量測(cè)序平臺(tái)對(duì)兩親本進(jìn)行基因組DNA重測(cè)序,運(yùn)用生物信息學(xué)進(jìn)行SNP位點(diǎn)分析,選擇11種限制性內(nèi)切酶(EcoRI,BsaHI,HindIII,MboII,PstI,ScaI,BamHI,MluI,AluI,DraI和PvuI)對(duì)候選SNP位點(diǎn)進(jìn)行分析,開發(fā)CAPS標(biāo)記;利用高效液相色譜法(HPLC)對(duì)F2代單株果肉進(jìn)行番茄紅素含量測(cè)定;使用IciMapping V3.3軟件,對(duì)篩選獲得148個(gè)多態(tài)性標(biāo)記(40個(gè)SSR標(biāo)記和108個(gè)CAPS標(biāo)記)和234個(gè)F2代單株構(gòu)建遺傳連鎖圖譜構(gòu)建及QTL分析。
結(jié)果與分析:(1)通過(guò)對(duì)西瓜六世代群體的果肉顏色及番茄紅素含量進(jìn)行遺傳分析,西瓜紅色果肉為單隱性基因遺傳,F(xiàn)1 代果肉呈現(xiàn)出接近于父本的亮黃色,F(xiàn)2代中非紅色組(亮黃色+淺黃色)∶紅色組符合3∶1的遺傳比例(p<0.05);41株BC1P1群體中,20株呈現(xiàn)紅色果肉,而其他21株呈非紅色果肉,比例為1∶1。BC1P2群體僅顯示兩種顏色,亮黃色和淺黃色,未發(fā)現(xiàn)紅色單株,紅色組∶非紅色組(亮黃色+淺黃色)的比例為0∶40,符合0∶1分離比例。(2)成熟果實(shí)中番茄紅素含量的HPLC分析表明,‘LSW-177富含番茄紅素,平均含量為(43.56±0.31) μg·g-1,遠(yuǎn)高于‘COS及F1代果實(shí)的(0.23±0.32) μg·g-1和(0.56±0.24) μg·g-1。番茄紅素含量在F2代中表現(xiàn)出明顯的偏分離特征,低番茄紅素單株顯著高于高番茄紅素單株,變異范圍為0.28~69.57 μg·g -1,平均值為(12.49±1.19) μg·g-1。果實(shí)長(zhǎng)度、寬度、中心及邊部可溶性固形物含量在F2代中均呈現(xiàn)正態(tài)分布,為典型的數(shù)量性狀特征。(3)利用構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜對(duì)番茄紅素含量和果肉顏色性狀進(jìn)行QTL分析,在四號(hào)染色體上檢測(cè)到了一個(gè)與番茄紅素含量緊密連鎖的主效QTL(LCYB4.1),位于CAPS標(biāo)記WII04E07-37和WII04E07-40之間,距離側(cè)翼CAPS標(biāo)記WII04E07-37和WII04E07-40的連鎖距離分別為0.35、1.5 cM,LOD值為92.3,可解釋的總表型變異(R2)為83.5%。2個(gè)標(biāo)記與F2代群體及2個(gè)回交群體中各單株的果肉顏色呈現(xiàn)明顯的共分離狀態(tài)。同時(shí)檢測(cè)到與果肉顏色緊密連鎖的主效QTL FC4.1(LOD=31.77,R2=34.68)與LCYB4.1位于同一區(qū)間內(nèi)。此外在3、6和11號(hào)染色體上也檢測(cè)到了其他與果肉顏色相關(guān)的微效QTL(FC3.1、FC6.1和FC11.1)。(4)利用區(qū)間作圖分析,確定了與可溶性固形物含量(中心和邊部)緊密連鎖的3個(gè)微效QTL位點(diǎn)。在2號(hào)和8號(hào)染色體上,獲得了與邊部可溶性固形物含量緊密連鎖的2個(gè)QTL位點(diǎn)(BCE2.1和BCE8.1),并獲得1個(gè)與中心可溶性固形物含量緊密連鎖的QTL(BCC8.1,8號(hào)染色體上)。(5)在8和11號(hào)染色體上檢測(cè)到4個(gè)與果實(shí)長(zhǎng)度和寬度相關(guān)的QTL位點(diǎn)(果實(shí)長(zhǎng)度:FL8.1、FL11.1和FL11.2;果實(shí)寬度:FW8.1)。
結(jié)? ? 論:本研究確定了西瓜紅色果肉的遺傳為隱性遺傳,受單基因調(diào)控,在4號(hào)染色體上獲得了WII04E07-37和WII04E07-40兩個(gè)與西瓜果肉番茄紅素及紅色果肉相關(guān)的CAPS標(biāo)記;在3號(hào)(FC3.1)、6號(hào)(FC6.1)和11號(hào)(FC11.1)染色體中檢測(cè)到了3個(gè)微效番茄紅素/果肉顏色相關(guān)QTL位點(diǎn);4號(hào)(FC4.1)染色體的LCYB4.1為西瓜果肉番茄紅素含量/紅色果肉的主效QTL位點(diǎn),貢獻(xiàn)率為83.5%,LOD值為92.3。遺傳區(qū)間作圖分析確定了與可溶性固形物含量(中心和邊部),果實(shí)長(zhǎng)度和果實(shí)寬度緊密連鎖的7個(gè)QTL位點(diǎn)(BCE2.1、BCE8.1、BCC8.1、FL8.1、FL11.1、FL11.2、FW8.1)。