牛志紅，宋曉飛，李曉麗，郭曉雨，何書(shū)強(qiáng)，賀欒勁芝，馮志紅，孫成振，閆立英

黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀遺傳與QTL定位

牛志紅，宋曉飛，李曉麗，郭曉雨，何書(shū)強(qiáng)，賀欒勁芝，馮志紅，孫成振，閆立英

（河北科技師范學(xué)院，河北秦皇島 066004）

【】單性結(jié)實(shí)性是影響設(shè)施黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要性狀。深入解析黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀遺傳規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行QTL定位，有助于提高設(shè)施專(zhuān)用黃瓜品種育種效率。以強(qiáng)單性結(jié)實(shí)自交系‘6457’和弱單性結(jié)實(shí)自交系‘6426’構(gòu)建的重組自交系F2:8為材料，基于3年表型數(shù)據(jù)，采用黃瓜基因組測(cè)序SSR分子標(biāo)記構(gòu)建黃瓜遺傳連鎖圖譜，結(jié)合QTL-Seq分析，對(duì)黃瓜單性結(jié)實(shí)性進(jìn)行QTL定位。黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀符合數(shù)量遺傳特征。利用SSR標(biāo)記構(gòu)建了1張包含11個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，覆蓋基因組555.0 cM，平均圖距為6.8 cM。2016—2018年春季在3號(hào)染色體上均檢測(cè)到1個(gè)與黃瓜單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的QTL位點(diǎn)，位于標(biāo)記SSR19430和SSR15419之間（3.33—5.57 Mb），遺傳距離6.6 cM，貢獻(xiàn)率分別為11%、12.5%和6.3%。進(jìn)一步進(jìn)行QTL-Seq分析，發(fā)現(xiàn)4個(gè)與黃瓜單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的QTL，分別位于1號(hào)（4.38—11.00 Mb）、3號(hào)（2.24—10.66 Mb）、6號(hào)（15.67—17.93 Mb，26.33—27.49 Mb）染色體上。其中在3號(hào)染色體上檢測(cè)到的QTL與Map QTL所得的QTL區(qū)間重疊。推測(cè)、和為與黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的候選基因。分別在1、3、6號(hào)染色體上檢測(cè)到4個(gè)與黃瓜單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的QTL位點(diǎn)，其中3號(hào)染色體上的QTL年度間穩(wěn)定，貢獻(xiàn)率較高。

黃瓜；單性結(jié)實(shí)；遺傳圖譜；QTL定位

0 引言

【研究意義】黃瓜（L.）屬于葫蘆科甜瓜屬一年生草本植物，是設(shè)施栽培高產(chǎn)高效的主要蔬菜作物之一。單性結(jié)實(shí)是指子房不經(jīng)過(guò)授粉受精而發(fā)育成果實(shí)的現(xiàn)象[1]，單性結(jié)實(shí)性狀是設(shè)施黃瓜綠色標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中直接與產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)的重要性狀，強(qiáng)單性結(jié)實(shí)黃瓜品種在設(shè)施栽培的無(wú)蟲(chóng)媒條件下，子房無(wú)需植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等處理就能夠正常膨大形成無(wú)籽果實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)節(jié)本。因此，深入解析黃瓜單性結(jié)實(shí)性遺傳分析和QTL定位，對(duì)提高設(shè)施專(zhuān)用黃瓜品種育種效率具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)單性結(jié)實(shí)性的遺傳規(guī)律研究較多，但由于生長(zhǎng)條件、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及所選用材料的不同而研究結(jié)果不同。Pike等[2]和DE Ponti等[3]認(rèn)為單性結(jié)實(shí)性狀屬于質(zhì)量遺傳，但目前大多數(shù)學(xué)者[4-12]認(rèn)為黃瓜單性結(jié)實(shí)性具有數(shù)量性狀的遺傳特征，Sun等[7-8]認(rèn)為黃瓜單性結(jié)實(shí)性由至少2個(gè)基因控制的數(shù)量性狀；閆立英等[9-12]利用主基因+多基因混合遺傳模型分析法研究表明黃瓜單性結(jié)實(shí)性是1—2對(duì)主效基因控制的數(shù)量性狀。陳學(xué)好等[13]篩選出與黃瓜非單性結(jié)實(shí)基因連鎖的ISSR分子標(biāo)記，遺傳連鎖距離為18.9 cM。閆立英[14]發(fā)現(xiàn)1個(gè)與黃瓜非單性結(jié)實(shí)性緊密連鎖的AFLP分子標(biāo)記，遺傳距離為9.7 cM。Sun等[15]采用區(qū)間作圖和復(fù)合區(qū)間作圖的方法，利用ALFP、SCAR等多種標(biāo)記對(duì)美國(guó)加工型全雌黃瓜單性結(jié)實(shí)性進(jìn)行圖譜構(gòu)建和QTL分析，兩個(gè)種植地點(diǎn)共檢測(cè)到10個(gè)QTL，主要分布在3個(gè)連鎖群上。Calvin等[16]對(duì)美國(guó)加工黃瓜進(jìn)行單性結(jié)實(shí)QTL分析，共檢測(cè)出7個(gè)位點(diǎn)，分布于2、4、5、6、7號(hào)染色體上，其中和三個(gè)位點(diǎn)與強(qiáng)單性結(jié)實(shí)品種有關(guān)。武喆等[17]發(fā)現(xiàn)7個(gè)與單性結(jié)實(shí)有關(guān)的QTL位點(diǎn)，分布于1、2、3、5、7染色體上，推測(cè)基因和與單性結(jié)實(shí)相關(guān)性更大。Li等[18]通過(guò)RNA-Seq檢測(cè)出14個(gè)與單性結(jié)實(shí)相關(guān)的基因，涉及到生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和赤霉素等信號(hào)傳導(dǎo)及其交互作用。張婷等[19-20]發(fā)現(xiàn)12個(gè)與單性結(jié)實(shí)相關(guān)的候選基因，但都定位于2號(hào)染色體，推測(cè)（）是單性結(jié)實(shí)的主要候選基因?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前黃瓜單性結(jié)實(shí)QTL定位作圖群體多為暫時(shí)性群體，無(wú)法驗(yàn)證QTL的穩(wěn)定性，研究結(jié)果不一，而與單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的基因較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究基于黃瓜強(qiáng)單性結(jié)實(shí)自交系‘6457’和弱單性結(jié)實(shí)自交系‘6426’構(gòu)建的重組自交系（RIL）F2:8，利用SSR標(biāo)記構(gòu)建高質(zhì)量分子標(biāo)記連鎖圖譜，初步定位黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)，并結(jié)合QTL-Seq數(shù)據(jù)分析篩選出與黃瓜單性結(jié)實(shí)有關(guān)的關(guān)鍵位點(diǎn)和基因，為分子標(biāo)記輔助育種提供有價(jià)值的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以本校黃瓜課題組自主選育的雌雄同株類(lèi)型的強(qiáng)單性結(jié)實(shí)自交系‘6457’為母本（P1），與多代選育的雌雄同株的弱單性結(jié)實(shí)自交系‘6426’（P2）配制F1，采用單子傳代法構(gòu)建了116個(gè)重組自交系（RIL）F2:8。

1.2 表型鑒定方法

2016年春季、2017年春季、2018年春季，將所得116個(gè)RIL群體，每個(gè)株系定植10株，采用雙高壟栽培，大行距80 cm，小行距50 cm，株距23 cm，田間常規(guī)管理。在植株開(kāi)花結(jié)果期，參照李錫香等[21]、閆立英等[14]單性結(jié)實(shí)性狀鑒定方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單性結(jié)實(shí)表型鑒定。具體方法：每天下午逐株檢查并對(duì)次日將開(kāi)的雌花進(jìn)行束花隔離，次日上午掛牌標(biāo)記。注明雌花節(jié)位及開(kāi)花日期，花后8—10 d調(diào)查坐果情況，計(jì)算單株單性結(jié)實(shí)坐果率（正常瓜數(shù)/標(biāo)記雌花數(shù)×100%），用平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率表示雙親和重組自交系單性結(jié)實(shí)性的強(qiáng)弱。

1.3 遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建

采用改良CTAB法[22]提取黃瓜基因組DNA。SSR引物序列來(lái)源于‘9930’和‘Gy14’黃瓜全基因組測(cè)序信息[23]，從中選擇均勻分布于7條染色體上的1 220對(duì)SSR標(biāo)記，以親本‘6457’和‘6426’為模板進(jìn)行多態(tài)性篩選，獲得多態(tài)性好、差異顯著的SSR標(biāo)記引物，對(duì)116個(gè)RIL群體進(jìn)行PCR擴(kuò)增，PCR產(chǎn)物用6%的聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，采用銀染法進(jìn)行顯色，條帶統(tǒng)計(jì)，分別以1和0記錄電泳譜帶的有無(wú)，建立SSR數(shù)據(jù)庫(kù)，與母本‘6457’帶型一致的標(biāo)記記為A，與父本‘6426’帶型一致的標(biāo)記記為B，模糊不清或者丟失的帶記為‘-’，-1、-2、-3分別表示同一引物的不同多態(tài)性位點(diǎn)。利用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)χ2檢測(cè)，在≤0.05水平，去除偏分離標(biāo)記引物，再利用JoinMap 4.1軟件進(jìn)行黃瓜連鎖圖譜的構(gòu)建。

1.4 不同年份黃瓜單性結(jié)實(shí)遺傳性狀分析和QTL定位

調(diào)查2016年春季、2017年春季以及2018年春季黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀表型數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率的次數(shù)分布分析。利用Map QTL 4.0軟件，以區(qū)間作圖法（IM）對(duì)黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行QTL分析。選用1 cM的步長(zhǎng)，在α=0.01的水平上，利用Permutation檢驗(yàn)法重復(fù)檢驗(yàn)1 000次，將LOD閾值設(shè)定為2.5，確定QTL在染色體上的位置和數(shù)目。

1.5 基于QTL-Seq的黃瓜單性結(jié)實(shí)相關(guān)基因定位

利用QTL-Seq技術(shù)[24]和原理，在RIL群體中挑選單性結(jié)實(shí)性狀差異顯著的強(qiáng)單性結(jié)實(shí)株系和弱單性結(jié)實(shí)株系各20株，分別構(gòu)建強(qiáng)單性結(jié)實(shí)池（parthenocarpy，par）和弱單性結(jié)實(shí)池（non-parthenocarpy，np），利用Illumina HiSeqTMPE150測(cè)序儀對(duì)親本池和混合池展開(kāi)20×和10×覆蓋度的全基因組重測(cè)序，獲得大量的SNP標(biāo)記。計(jì)算每個(gè)位點(diǎn)的SNP頻率（SNP-index=該位點(diǎn)與參考序列不同的reads數(shù)/總reads數(shù)），計(jì)算△SNP-index，進(jìn)行1 000次置換檢驗(yàn)。選取95%的置信水平作為篩選的閾值，大于閾值的窗口作為候選區(qū)間。

1.6 候選基因分析與預(yù)測(cè)

利用黃瓜基因組數(shù)據(jù)庫(kù)和擬南芥數(shù)據(jù)庫(kù)（https:// www.arabidopsis.org/）對(duì)定位到的黃瓜單性結(jié)實(shí)相關(guān)基因進(jìn)行同源比對(duì)，分析各基因功能，篩選與黃瓜單性結(jié)實(shí)相關(guān)的參與激素調(diào)節(jié)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及功能代謝途徑的基因。

2 結(jié)果

2.1 黃瓜單性結(jié)實(shí)遺傳分析

對(duì)2016年春季、2017年春季以及2018年春季的親本及RIL群體單性結(jié)實(shí)性狀表型鑒定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明不同年份間相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平，2016年春季與2017年春季、2016年春季與2018年春季、2017年春季與2018年春季黃瓜重組自交系單性結(jié)實(shí)率相關(guān)系數(shù)分別為0.78**、0.77**、0.71**，均達(dá)極顯著水平，說(shuō)明不同年份間單性結(jié)實(shí)表型相對(duì)穩(wěn)定。進(jìn)一步進(jìn)行次數(shù)分布分析（圖1），2016年春季、2017年春季及2018年春季，‘6457’平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率分別為97.95%、87.42%、77.15%，均表現(xiàn)為強(qiáng)單性結(jié)實(shí)，而‘6426’平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率分別為17.91%、12.50%、11.88%，均表現(xiàn)為弱單性結(jié)實(shí)，雙親單性結(jié)實(shí)表型相對(duì)穩(wěn)定且差異明顯；RIL群體平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率均為連續(xù)分布，符合數(shù)量遺傳特征。

圖1 2016—2018年春季RIL群體平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率次數(shù)分布圖

2.2 黃瓜連鎖圖譜的構(gòu)建

以親本‘6457’和‘6426’為模板，利用1 220對(duì)SSR引物進(jìn)行篩選，共獲得在雙親間存在多態(tài)性，條帶清晰的引物組合169對(duì)，多態(tài)性為13.9%。169對(duì)多態(tài)性好的引物，經(jīng)過(guò)χ2檢測(cè)，在≤0.05水平，87對(duì)標(biāo)記表現(xiàn)出偏分離，去除偏分離標(biāo)記引物，采用JoinMap 4.1軟件，獲得一張包含11個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，包含82個(gè)SSR標(biāo)記，該圖譜覆蓋基因組555.0 cM，平均圖距為6.8 cM。每個(gè)連鎖群上標(biāo)記數(shù)在2—23個(gè)，長(zhǎng)度在3.3—120.4 cM。最大的連鎖群含有23個(gè)標(biāo)記，覆蓋基因組120.4 cM，平均圖距5.2 cM，最小的連鎖群含有2個(gè)標(biāo)記，覆蓋基因組3.3 cM（圖2）。

圖2 黃瓜（‘6457’ב6426’）SSR遺傳連鎖圖譜及單性結(jié)實(shí)性狀QTL定位

2.3 不同年份黃瓜單性結(jié)實(shí)QTL定位

基于上述圖譜，對(duì)2016年春季、2017年春季以及2018年春季3年數(shù)據(jù)檢測(cè)，均得到1個(gè)與黃瓜單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的QTL位點(diǎn)，位于3號(hào)染色體上的標(biāo)記SSR19430和SSR15419之間，遺傳距離6.6 cM。2016年春季的QTL對(duì)應(yīng)的LOD值為2.95，貢獻(xiàn)率為11%（圖3-A）；2017年春季的QTL對(duì)應(yīng)的LOD值3.33，貢獻(xiàn)率為12.5%（圖3-B）；2018年春季的QTL對(duì)應(yīng)的LOD值1.54（超過(guò)單連鎖群閾值），貢獻(xiàn)率為6.3%（圖3-C）。3年數(shù)據(jù)重復(fù)性好，QTL定位結(jié)果一致。

圖3 2016年春季（A）、2017年春季（B）以及2018年春季（C）黃瓜（‘6457’ב6426’）單性結(jié)實(shí)性狀第3號(hào)染色體上QTL定位結(jié)果

2.4 基于QTL-Seq技術(shù)的黃瓜單性結(jié)實(shí)QTL定位

2.4.1 混池測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量分析 對(duì)親本P1、P2及20株強(qiáng)單性結(jié)實(shí)株系組成的混池（par）和20株弱單性結(jié)實(shí)株系組成的混池（np）開(kāi)展全基因組重測(cè)序，共得到24.945 G原始數(shù)據(jù)，過(guò)濾后4個(gè)樣本有效數(shù)據(jù)量在4 004.935—7 672.465 M，總數(shù)據(jù)量23.567 G。利用測(cè)序結(jié)果的QPhred數(shù)值（Phred Score，Q），計(jì)算堿基錯(cuò)誤率，發(fā)現(xiàn)Q20≥93.99%、Q30≥87.01%，堿基錯(cuò)誤率低于0.03%，測(cè)序質(zhì)量高，GC含量在38.80%—39.84%之間（表1）。以黃瓜基因組作為參考基因組，參考基因組大小為197 271 687 bp，所有樣本的比對(duì)率在87.06%—88.14%，對(duì)參考基因組（排除N區(qū)）的平均覆蓋深度在12.40—21.61 X，1X覆蓋度（至少有一個(gè)堿基的覆蓋）在97.21%以上（表2）。

2.4.2 黃瓜單性結(jié)實(shí)QTL定位 以親本P1作為參考親本，分析計(jì)算兩個(gè)子代在親本間163 926個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)的SNP-index（即SNP的頻率）。根據(jù)強(qiáng)單性結(jié)實(shí)池與弱單性結(jié)實(shí)池的SNP-index，計(jì)算兩個(gè)池的SNP-index的差值，以染色體位置為橫坐標(biāo)，以1 Mb為單位窗口，1 kb為步長(zhǎng)，繪制par池SNP-index（圖4-A）、np池SNP-index（圖4-B）和△SNP-index圖（圖4-C）。根據(jù)混池之間基因頻率差異篩選，對(duì)強(qiáng)單性結(jié)實(shí)（par）與非單性結(jié)實(shí)池（np）間SNP和Indel統(tǒng)計(jì)顯示：與參考基因組相比，兩個(gè)子代池共有287 805個(gè)位點(diǎn)發(fā)生SNP突變，在外顯子區(qū)域發(fā)現(xiàn)同義突變10 654個(gè)，非同義突變9 390個(gè)，缺失型終止密碼子變異50個(gè)，獲得性終止密碼子變異162個(gè)。

在95%的置信水平下，以△SNP-index大于閾值的窗口作為候選區(qū)，共檢測(cè)到4個(gè)QTL（圖4），分別位于1號(hào)染色體（4.38—11.00 Mb）、3號(hào)染色（2.24—10.66 Mb）和6號(hào)染色體（15.67—17.93 Mb；26.33—27.49 Mb），其中3號(hào)染色體QTL-Seq檢測(cè)到的QTL與前述Map QTL檢測(cè)到的2016—2018年度間穩(wěn)定的QTL基本重合，QTL-Seq結(jié)果包含Map QTL檢測(cè)結(jié)果（圖5）。

A：par混池SNP-index在染色體上的分布；B：np混池SNP-index在染色體上的分布；C：△SNP-index在染色體上的分布，顯著QTL在圖中以空心框標(biāo)注

表1 黃瓜（‘6457’ב6426’）單性結(jié)實(shí)性狀QTL-Seq測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

表2 黃瓜（‘6457’ב6426’）單性結(jié)實(shí)性狀QTL-Seq測(cè)序深度及覆蓋度分析

圖5 黃瓜（‘6457’ב6426’ ）單性結(jié)實(shí)性狀3號(hào)染色體上Map QTL（紅框）與QTL-Seq （藍(lán)框）位置比較

2.5 候選基因分析與預(yù)測(cè)

根據(jù)黃瓜基因組，上述4個(gè)QTL區(qū)間內(nèi)共獲得候選多態(tài)性標(biāo)記位點(diǎn)129個(gè)，提取ANNOVAR的注釋結(jié)果，優(yōu)先挑選引起stop loss或者stop gain或非同義突變或可變剪接的位點(diǎn)所在的基因作為候選基因，共獲得與黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的候選基因19個(gè)，含有27個(gè)SNP位點(diǎn)（表3）。

將單性結(jié)實(shí)QTL-Seq分析所得候選基因，利用BLAST軟件將候選區(qū)域的19個(gè)基因與擬南芥庫(kù)進(jìn)行同源比對(duì)，發(fā)現(xiàn)19個(gè)候選基因編碼區(qū)中有3個(gè)非同義突變，分別為、和。

QTL-Seq與QTL均定位到了3號(hào)染色體，其候選基因的上游序列2 000 bp區(qū)間內(nèi)檢測(cè)到7個(gè)變異位點(diǎn)，分別位于：（Unknown protein）、（Receptor-like protein kinase，RLPK）、（DELLA protein GAI，DPG）、（Unknown protein）、（O- Methyltransferase-like protein，OMLP）、（Vacuolar protein sorting-associated protein VTA1-like protein，VTA1L）、（CBL-interacting protein kinase 20，CBLIPK20）上游，編碼蛋白激酶、跨膜蛋白和GRAS家族轉(zhuǎn)錄因子等（表3）。其中，和是3號(hào)染色體上年度可重復(fù)區(qū)間的兩個(gè)基因，推測(cè)這兩個(gè)基因是與單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的重要候選基因。（DPG）與赤霉素介導(dǎo)的果實(shí)發(fā)育有關(guān)，因此，推測(cè)（DPG）是黃瓜單性結(jié)實(shí)候選基因。

此外基因編碼亞精胺合成酶，而亞精胺是影響黃瓜單性結(jié)實(shí)和果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的重要多胺類(lèi)激素，推測(cè)也是與黃瓜單性結(jié)實(shí)性相關(guān)的候選基因。

3 討論

3.1 關(guān)于單性結(jié)實(shí)的遺傳分析

無(wú)論是前人采用經(jīng)典遺傳學(xué)研究方法[4-8]，還是筆者課題組采用的主基因+多基因研究方法[9-12]，研究均表明黃瓜單性結(jié)實(shí)性是由1—2對(duì)主效基因控制的數(shù)量性狀。閆立英等[10-11]基于‘6457’ב6426’構(gòu)建的多世代聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)分離世代均表現(xiàn)出明顯的主基因+多基因的遺傳特征。本試驗(yàn)對(duì)‘6457’ב6426’配組的RIL群體進(jìn)行平均單系單性結(jié)實(shí)坐果率的次數(shù)分布分析，黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀符合數(shù)量性狀遺傳特征。

3.2 關(guān)于單性結(jié)實(shí)QTL定位研究

研究認(rèn)為[25-26]，以初定位為目的，100—200個(gè)作圖群體，每隔10 cM左右有一個(gè)標(biāo)記就足夠，若5—10 cM有一個(gè)標(biāo)記，即使再增加標(biāo)記也不會(huì)提高QTL檢測(cè)功效。本試驗(yàn)采用116個(gè)RIL永久作圖群體，構(gòu)建了1張包含11個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，覆蓋基因組555.0 cM，平均圖距為6.8 cM，圖譜已滿(mǎn)足初定位要求。Sun等[15]采用區(qū)間作圖和復(fù)合區(qū)間作圖的方法，利用AFLP、SCAR和RAPD等標(biāo)記對(duì)美國(guó)加工型全雌黃瓜單性結(jié)實(shí)性進(jìn)行圖譜構(gòu)建和QTL分析，兩個(gè)種植地點(diǎn)共檢測(cè)到10個(gè)QTL，主要分布在3個(gè)連鎖群上。與本研究相比，雖考慮到環(huán)境對(duì)單性結(jié)實(shí)的影響，但研究材料和標(biāo)記手段不同，且Sun等[15]的研究中連鎖群未能與黃瓜染色體對(duì)應(yīng)，因此相比較下，本研究結(jié)果更有參考價(jià)值。

武喆等[17]利用1 335對(duì)SSR引物和143對(duì)Indel引物對(duì)F2:3家系進(jìn)行兩季篩選，多態(tài)性為11.7%。本研究利用1 220對(duì)SSR引物對(duì)RIL群體進(jìn)行兩年篩選，多態(tài)性為13.9%。相同之處：分子標(biāo)記多態(tài)性都偏低，這可能與兩親本都是栽培種有關(guān)；都考慮到環(huán)境對(duì)單性結(jié)實(shí)的影響，保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但試驗(yàn)材料和定位到單性結(jié)實(shí)位點(diǎn)不同，武喆等[17]所用為暫時(shí)性群體F2:3家系，并檢測(cè)出7個(gè)與單性結(jié)實(shí)有關(guān)的QTL位點(diǎn)，分布于1、2、3、5、7號(hào)染色體上，認(rèn)為Parth2-1是單性結(jié)實(shí)性主效QTL位點(diǎn)。本研究利用永久性作圖群體RIL，且傳代多年，定位到1、3、6號(hào)染色體上。雖與武喆等[17]定位到的主效QTL位點(diǎn)不同，但與其認(rèn)為的Parth3-1（SSR17751-UW084149）和Parth3-2（SSR16667-UW085093）兩個(gè)微效QTL單性結(jié)實(shí)位點(diǎn)相近，這也更加說(shuō)明單性結(jié)實(shí)性狀與3號(hào)染色體相關(guān)。此外，還定位到了6號(hào)染色體上的8個(gè)基因，為進(jìn)一步定位黃瓜單性結(jié)實(shí)關(guān)鍵基因提供參考。

3.3 QTL-Seq與傳統(tǒng)作圖QTL定位結(jié)果的比較

本研究采用QTL-Seq方法檢測(cè)到黃瓜單性結(jié)實(shí)性的4個(gè)QTL，分別位于1、3、6號(hào)染色體。采用Map QTL方法在3號(hào)染色體上（3.33—5.57 Mb）上檢測(cè)到年度間穩(wěn)定的QTL，且位于QTL-Seq在3號(hào)染色體上檢測(cè)到（2.24—10.66 Mb）的QTL區(qū)間內(nèi)，而Map QTL方法在1號(hào)和6號(hào)染色體上未能檢測(cè)到QTL的原因可能是遺傳連鎖圖譜標(biāo)記密度較低所致[27-29]。

3.4 關(guān)于單性結(jié)實(shí)候選基因預(yù)測(cè)

目前黃瓜單性結(jié)實(shí)基因研究較少，Li等[18]利用RNA-Seq發(fā)現(xiàn)14個(gè)與單性結(jié)實(shí)相關(guān)的基因，功能涉及生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等。武喆等[17]推測(cè)出基因和與單性結(jié)實(shí)相關(guān)的可能性更大。張婷等[19-20]發(fā)現(xiàn)12個(gè)定位于2號(hào)染色體上的單性結(jié)實(shí)候選基因，推測(cè)（）是單性結(jié)實(shí)的重要候選基因。

本研究利用Map QTL和QTL-Seq兩種方法，將與單性結(jié)實(shí)性有關(guān)的QTL共同指向3號(hào)染色體，且QTL-Seq結(jié)果包含Map QTL結(jié)果，在QTL-Seq檢測(cè)到的19個(gè)候選基因中，和位于Map QTL和QTL-Seq兩種方法檢測(cè)結(jié)果的重合區(qū)域，故推測(cè)這兩個(gè)基因是與單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的主要關(guān)鍵基因。此外，3號(hào)染色體上的7個(gè)基因分別編碼蛋白激酶、跨膜蛋白和GRAS家族轉(zhuǎn)錄因子等。其中DELLA蛋白屬于GRAS家族，是GA信號(hào)傳導(dǎo)途徑的核心作用元件，且GA與植物花和果實(shí)發(fā)育有關(guān)[30-32]，而（DPG）是GAI的DELLA蛋白，因此推測(cè)其是單性結(jié)實(shí)的關(guān)鍵基因。

此外，多胺對(duì)番茄[33]、蘋(píng)果[34-36]、柑橘[37]、李[38]等許多植物開(kāi)花結(jié)果和果實(shí)發(fā)育具有明顯的調(diào)節(jié)作用。亞精胺是影響黃瓜單性結(jié)實(shí)和果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的重要多胺類(lèi)激素，陳學(xué)好等[39]和于杰等[40]發(fā)現(xiàn)未授粉子房施用外源亞精胺能顯著提高子房?jī)?nèi)源亞精胺、精胺與腐胺水平，促進(jìn)其單性結(jié)實(shí)和果實(shí)生長(zhǎng)。黃瓜編碼亞精胺合成酶（亞精胺合成途徑關(guān)鍵酶），雖然該基因不在3號(hào)染色體上，但推測(cè)其與黃瓜單性結(jié)實(shí)有關(guān)。與前人研究結(jié)果相比較，本研究推測(cè)到的與黃瓜單性結(jié)實(shí)相關(guān)的基因并無(wú)重合，為進(jìn)一步解析黃瓜單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象提供了參考。

4 結(jié)論

本研究以強(qiáng)單性結(jié)實(shí)自交系‘6457’與弱單性結(jié)實(shí)自交系‘6426’構(gòu)建的RIL為試材，基于SSR標(biāo)記構(gòu)建出一張覆蓋基因組555.0 cM，平均圖距為6.8 cM的連鎖圖譜。傳統(tǒng)QTL檢測(cè)到年度間穩(wěn)定遺傳的1個(gè)QTL，位于3號(hào)染色體SSR19430—SSR15419標(biāo)記之間，遺傳距離6.6 cM。QTL-Seq發(fā)現(xiàn)4個(gè)與黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的QTL，分別位于1、3、6號(hào)染色體上，QTL-Seq結(jié)果包含QTL初定位結(jié)果，推測(cè)和是與單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的重要關(guān)鍵基因；和也是與黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀相關(guān)的候選基因。

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Inheritance and QTL Mapping for Parthenocarpy in Cucumber

NIU ZhiHong, SONG XiaoFei, LI XiaoLi, GUO XiaoYu, HE ShuQiang, HE LuanJingZhi, FENG ZhiHong, SUN ChengZhen, YAN LiYing

(Hebei Normal University of Science and Technology, Qinhuangdao 066004, Hebei)

【】 Parthenocarpy is an important trait affecting both yield and quality in the protected cucumber production. Genetic analysis of parthenocarpy and its QTL mapping are of great significance for improving breeding efficiency in cucumber.【】 Based on three-year phenotypic data, the genetic linkage map of cucumber was constructed by using SSR molecular markers obtained from cucumber genome sequencing, and the QTL-Seq analysis was used to map the parthenocarpy of cucumber, using recombinant inbred line F2:8constructed from strong parthenocarpic inbred line ‘6457’ and weak parthenocarpic inbred line ‘6426’.【】 The inheritance of parthenocarpy in cucumber accorded with quantitative inheritance. A genetic map containing 11 linkage groups was constructed using SSR markers, covering 555.0 cM of the genome with an average distance of 6.8 cM. In the spring of 2016, 2017 and 2018, a single QTL locus related to parthenocarpy was commonly detected between SSR19430 and SSR15419 markers (3.33-5.57 Mb) on chromosome 3, and the genetic distance was 6.6 cM, with 11%, 12.5% and 6.3% contribution rate, respectively. By QTL-Seq analysis, four QTLs related to parthenocarpy were identified on chromosomes 1 (4.38-11.00 Mb), 3 (2.24-10.66 Mb) and 6 (15.67-17.93 Mb; 26.33-27.49 Mb), the QTL on chromosome 3 overlapped with that detected by Map QTL approach.,,andwere proposed to be candidate genes associated with parthenocarpic trait in cucumber. 【】Four QTLs were identified on chromosome 1, 3 and 6, including one QTL on chromosome 3 that was consistently detected over years with relatively high contribution. The results could facilitate marker-assisted selection and understanding the underlying mechanism of parthenocarpy in cucumber.

cucumber; parthenocarpy; genetic map; QTL mapping

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.015

2019-01-21；

2019-06-05

河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（19226364D）、河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（HBCT2018030209）

牛志紅，Tel：18332567462；E-mail：zhihongn@163.com。宋曉飛，Tel：13613358355；E-mail：songxiaofei1979@163.com。牛志紅和宋曉飛為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者閆立英，Tel：13933608253；E-mail：yanliying2017@126.com。通信作者孫成振，Tel：18000690856；E-mail：chengzhensun@126.com

（責(zé)任編輯 趙伶俐）