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黄瓜果实苦味基因遗传分析及精细定位

张圣平

  黄瓜是我国重要的蔬菜作物,果实苦味是影响黄瓜生产的问题之一。导致黄瓜果实苦味的化学物质是葫芦素。利用现代分子生物技术,研究黄瓜果实葫芦素合成途径的相关基因和导致果实苦味发生的分子机理,开发紧密连锁的分子标记及实现基因精细定位,对于明确果实苦味形成机制具有重要意义,可以为黄瓜无苦味品种选育和分子设计育种提供理论依据和技术支撑。 黄瓜苦味分为营养体苦味和果实苦味,已报道的控制营养体苦味的基因有两个:Bi和Bi-2,控制果实苦味的基因也有两个:Bt和Bt-2。前人关于黄瓜苦味的研究,多集中于遗传规律、基因连锁、环境影响、品种选育等方面,而对于苦味基因的分子生物学研究较少,且相关研究仅集中于营养体苦味基因Bi,至今未见关于果实苦味基因Bt和Bt-2的SSR分子标记及基因定位的报道。 本实验室保存有纯合黄瓜自交系46GBt,表现型为营养体及果实均苦,其含有的果实苦味基因与Bt及Bt-2的遗传关系尚未明确。本研究以46GBt(基因型为BiBi??)、PI173889(BiBiBtBt)、LJ90430(BiBiBt-2Bt-2)、931(BiBibtbt)、9110Gt、9930为试材,构建遗传分析群体,揭示46GBt所含果实苦味基因与Bt及Bt-2的遗传关系,明确其遗传规律,探索该基因与其他农艺性状基因的连锁遗传关系;同时开发与Bt及Bt-2紧密连锁的SSR、SNP、InDel标记,完成Bt及Bt-2的遗传定位,并对Bt-2候选基因进行分析。取得如下结果: 1、利用46GBt×LJ90430和46GBt×PI173889两个组合的六世代遗传分析,证实46GBt所含果实苦味基因为Bt-2,与LJ90430所含果实苦味基因相同。Bt-2和Bt基因不在同一遗传背景时,两者都符合单基因显性遗传模式。若Bt-2和Bt基因同时出现,则两者存在显性和隐性上位效应,Bt-2对Bt具有显性上位作用;而bt基因对bt-2基因存在隐性上位效应,含有隐性纯合btbt基因型的植株表现型与Bt-2存在时相同,即表现出果实苦味。 2、分离和连锁遗传分析表明,46GBt所含Bt-2基因与雌性基因F、果皮深绿色基因Dg、密刺瘤基因Fsd、无光泽基因D均不存在连锁关系;PI173889所含Bt基因与白色果皮基因W、Fsd基因不存在连锁关系,表现为独立遗传。 3、通过对9110Gt×9930所构建的RILs群体果实苦味的遗传分析和SSR分子标记分析,检测到控制黄瓜果实苦味的两个位点Bt5.1和Bt6.1,分别位于黄瓜第5染色体(Chr.5)和Chr.6上,其中Bt5.1位于标记SSR00116~SSR05321区间,LOD值在8.17~15.39之间,贡献率在19.2~27.9%之间,为减效位点;Bt6.1位于标记SSR00004~SSR02309区间,LOD值在10.01~14.50之间,贡献率在24.3~26.5%之间,为增效位点,其中Bt6.1与控制营养体苦味的位点紧密连锁。此结果揭示了两个果实不苦的亲本杂交后代出现果实苦味的原因。 4、利用PI173889×931的F2群体(含158个单株),结合SSR技术,构建了含有4个SSR标记的Bt基因SSR连锁群,获得了与Bt连锁距离为20cM和33cM的两侧翼分子标记SSR00116和SSR00398。通过与高密度遗传图谱的比较分析及两侧翼SSR标记在染色体上位置的比对,将Bt基因初步定位于黄瓜Chr.5。 5、利用46GBt×931的F2群体(含184个单株),采用SSR技术,构建了包含8个SSR标记的Bt-2基因SSR连锁群。通过与高密度遗传图谱的比较分析及两侧翼SSR标记在染色体上位置的比对,将Bt-2基因初步定位于黄瓜Chr.5短臂一端3.3cM的范围内,最近的两侧翼标记为SSR10795和SSR07081,遗传距离分别为0.8cM和2.5cM。 6、以46GBt×931扩大的F2群体1315个单株为试材,根据双亲在Bt-2基因初步定位区段内重测序信息,开发了新的SSR标记和InDel标记,并对1315个单株进行标记分析,最终将Bt-2基因精细定位于标记SSR02118和SSR15564之间1.5cM的范围内,遗传距离分别为1.1cM和0.4cM。生物信息学分析表明,Bt-2基因精细定位区域的物理距离为300Kb,存在候选基因31个,其中基因Csa012474属于一种转运蛋白,推测与Bt-2基因最为相关。 7、利用不同于本研究且含有Bt-2基因的F2群体,对与Bt-2基因紧密连锁的SSR和InDel标记用于MAS育种的准确率进行验证,结果表明,SSR标记SSR10795和SSR07081检测的正确率均为91.6%,InDel标记Bt-InDel-1检测的正确率为94.3%,这三个标记对于黄瓜果实无苦味分子标记辅助选择育种将发挥重要作用。……   
[关键词]:黄瓜;果实苦味基因;遗传分析;SSR标记;InDel标记;精细定位
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业科学院2011年