西瓜PME基因生物信息学分析及克隆

研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)4个果胶甲酯酶基因和2个来自东北农业大学西甜瓜分子育种课题组西瓜转录组数据分析的果胶甲酯酶基因入手,通过BLAST比对方法在葫芦科数据库中鉴定甜瓜(Cucumis melo L.)、西瓜(Citrullus lanatus)果胶甲酯酶同源基因,预测分析其生物信息学.结果表明,各级结构及理化性质与拟南芥果胶甲酯酶基因较为相似,并对其构建系统进化树,建树结果表明,葫芦科各物种间果胶甲酯酶基因家族同源性较高.此外,利用同源克隆方法获得Cla012554基因全长并分析该基因时空表达量,测序结果显示,克隆的Cla012554基因序列与比对序列间总体相似度为95.62％.实时荧光定量PCR分析表明,Cla012554基因在西瓜根、茎、叶和果肉中均表达,其中,茎表达量最高,根表达量最低.同时,Cla012554基因还可能参与西瓜果肉成熟软化.研究为进一步探究葫芦科作物PME基因功能提供重要参考.     

西瓜种子大小全基因组关联分析

试验调查分析62份不同西瓜种质资源种子大小性状,包括种子长度、种子宽度、种子厚度、种形指数、种子千粒重、单瓜种子数等。针对性状结果展开数据分析,以主成分分析、相关性分析、聚类分析等不同统计学方法分析不同品种特征近似程度。种子大小遗传多样性分析结果表明,62份西瓜种质资源中,种子长度、种子宽度、种子厚度、种形指数、种子千粒重、单瓜种子数多样性指数均在4.20以上,呈较高多样性;通过全基因组关联分析发现,共检测到7个与西瓜种子长度相关的SNP位点和11个与西瓜种子宽度相关的SNP位点,其中4、7号染色体上2个与西瓜种子长度相关的SNP达显著水平,4个与西瓜种子宽度关联的SNP位点达显著水平,分别位于1、4、7、10号染色体。     

西瓜种子大小相关性状分子标记与验证

以种子大小差异显著的黏籽西瓜(Citrullus lanatus ssp.mucosospermus)品系PI186490和普通栽培西瓜品系(Citrullus lanatus ssp.vulgaris)W1-1为亲本材料,通过杂交及自交获得的F2群体,对西瓜种子大小相关性状进行精细定位,并构建遗传连锁图谱。结果表明:(1)获得与种子长度及宽度相关的QTL位点各一个,贡献率分别为24.57%和24.79%。(2)利用与种子长度及宽度紧密连锁的CAPS标记(CAPS13,CAPS14)对72份不同种子大小的自然群体材料上进行标记与表型的符合度的验证:标记CAPS13在大粒种子中检出率为36.11%,小粒检出率为80.56%;标记CAPS14在大粒中检出率为30.56%,小粒检出率为83.33%。     

红色和橙黄色果肉西瓜番茄红素和β–胡萝卜素代谢基因的表达分析

以橙黄色果肉西瓜‘WM-Clr-2’及红色果肉西瓜‘PI 179881’为试材,采用HPLC法分析其番茄红素及β–胡萝卜素在7个发育时期的积累情况,同时采用q RT-PCR技术分析番茄红素和β–胡萝卜素代谢途径中8个关键酶基因(PSY1、PSY2、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB、NCED1和NCED7)的表达量。结果显示,随着果实的发育,番茄红素和β–胡萝卜素含量均不断增加,且在同一时期,红色果肉‘PI 179881’中的含量始终大于‘WM-Clr-2’。q RT-PCR结果显示PSY1在‘PI 179881’中的表达量高于‘WM-Clr-2’,LCYB和NCED1在‘WM-Clr-2’中的表达量高于红色果肉‘PI 179881’。分析番茄红素及β–胡萝卜素的积累规律与相关基因表达规律说明PSY1的大幅上调表达,LCYB的下调表达及NCED1的低表达可能是红色果肉‘PI 179881’中番茄红素和β–胡萝卜素大量积累的主要原因。PSY1的低表达水平,LCYB和NCED1的高表达水平可能是橙黄色果肉‘WM-Clr-2’中番茄红素及β–胡萝卜素积累量少的主要原因。     

与甜瓜性别分化相关植物激素生物合成途径分析

甜瓜性别分化是由多因素构成的一个复杂的网络系统调控,受到多种环境因素及激素水平的影响。本研究利用甜瓜(Cucumis melo L.)WI 998×TopMark 构建重组自交系群体,通过第二代高通量测序技术对F2S6群体中雌雄异花同株及全雌系植株的转录组测序,比较差异表达基因,分析与性别差异表达相关的植物激素合成途径。结果显示,雌雄异花同株获得77376 条 Unigenes,平均长度为 435 bp;全雌系转录组测序获得 80 825 条 unigenes,平均长度为 509 bp。比较雌雄异花同株与全雌系转录组,发现共有 8966个基因差异表达,4 296 个基因下调,4 670 个基因上调。对差异基因进行基因本体论(GO)功能分类,发现2 352 条 Unigenes 归入到生物学过程,4 107 条 Unigenes 归入到细胞学过程,2 507 条 Unigenes 归入到分子功能。差异表达基因共参与 121 个 Pathway,发现赤霉素(gibberellin, GA)合成途径中 GA3 - 氧合成酶(GA3-ox)(MU3674)、GA7- 氧化酶(GA7-ox)(MU36987)、GA2- 氧化酶(GA2-ox)(MU13098/MU13099)、GA20-氧化酶(GA20-ox)和 GA2- 氧化酶(GA2-ox)(MU33020)等基因差异表达;共有 38 个基因在脱落酸(abscisicacid, ABA)合成途径中差异表达,其中 19 个上调,19 个下调;油菜素内酯(brassinolide, BR)合成途径中,MU22012 (cytochrome P450),MU26893 (cytochrome P450) 基因上调 ,MU56098 (cytochrome P450,CYP724B3),MU76596(CYP724A1)下调。本研究还发现参与甜瓜性别表达,分别与赤霉素、脱落酸、油菜素内酯及玉米素等多种激素合成、信号传导等代谢途径相关。研究结果为分析甜瓜决定性别分化的可能机理,为下一步研究甜瓜性别修饰基因的克隆,提供重要依据。     

基于CAPS标记的甜瓜种子相关性状QTL分析

以种子相关性状差异显著的甜瓜品系MR-1和M1-15为试材,构建BC1P1回交群体,利用2个亲本材料全基因组重测序数据发掘SNP位点并将其转化为CAPS标记,构建遗传连锁图谱并对种子相关性状进行QTL分析。结果表明:获得了一张包含197个CAPS标记、12个连锁群的甜瓜遗传连锁图谱。检测到与种子相关性状紧密连锁的QTL位点6个,分布在1、2、5、8号染色体上,可解释9.86%~13.52%的表型变异率,贡献率10%的QTL位点5个。     

葫芦科PAL基因家族生物信息学分析及甜瓜PAL4基因克隆

苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷代谢途径的第一个酶,对植物发育、抗逆及信号传导起着尤为重要的作用。为了在葫芦科作物中更为深入地研究苯丙氨酸解氨酶的结构及理化性质、发掘更多潜在的苯丙氨酸解氨酶基因,本研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)4个苯丙氨酸解氨酶基因(At-PAL)入手,通过BLAST比对方法在葫芦科数据库(http://cucurbitgenomics.org/)中鉴定甜瓜(Cucumis melo L.)、西瓜(Citrullus lanatus)、黄瓜(Cucumis sativus L.)苯丙氨酸解氨酶的同源基因,并进行其生物信息学预测分析。结果表明:在甜瓜、西瓜、黄瓜中分别比对出4条、6条、5条同源基因,分别命名为MELO-PAL 1~4、Cla-PAL 1~6、Csa-PAL 1~5。其各级结构及理化性质与拟南芥苯丙氨酸解氨酶基因均较为相似。并对它们进行了系统进化树的构建,结果表明各物种间苯丙氨酸解氨酶基因家族间同源性较高,并利用分子生物学的手段,克隆了甜瓜的第四条比对基因(MELO-PAL4),将其连入T载体中进行测序。测序结果显示,克隆的基因序列与比对序列间总体相似度为92.54%。本研究为进一步发掘葫芦科作物PAL基因功能提供了重要的帮助。     

西瓜糖含量相关性状的QTL分析

以高糖西瓜品系花园母本为母本、低糖西瓜品系LSW-177为父本配制杂交组合,构建含有125个单株的F2S7重组自交系群体(RILs),利用CAPS分子标记构建了1张包含245个CAPS标记、11个连锁群的遗传连锁图谱,该图谱覆盖基因组长度2423.9c M,标记间的平均距离9.9c M。采用复合区间作图法对西瓜糖含量相关性状进行QTL分析,定位到与可溶性固形物相关的QTL4个,表型贡献率分别为14.80%、11.50%、32.10%、8.60%;与果糖相关的QTL3个,表型贡献率分别为8.80%、20.50%、9.50%;与蔗糖和葡萄糖相关的QTL各1个,表型贡献率分别为11.34%、24.10%。这9个QTL均表现为对糖含量的正加性效应,表明系高糖西瓜品系花园母本提供了对糖含量的贡献。     

甜瓜基因组学、功能基因定位及基因工程育种研究进展

综述了近年来甜瓜基因组学、重要基因挖掘及基因定位、分子标记育种、基因工程育种等分子育种领域最新进展及甜瓜分子育种中存在的问题与展望，为推进甜瓜种质资源的合理高效利用，育成优质抗病甜瓜新品种提供新技术与方法。     

甜瓜柱头黄绿颜色相关性状QTL分析

以绿色柱头甜瓜品种MR-1和黄色柱头甜瓜品种TN为亲本,构建F_2群体,利用200个F_2单株为作图群体,基于双亲材料基因组重测序数据开发的SNP-CAPS标记,构建了一张包含12个连锁群、135个CAPS标记的遗传连锁图谱,覆盖基因组长度2 731.97 cM。利用该图谱对甜瓜柱头黄绿颜色相关性状进行QTL分析,共检测到12个与柱头颜色相关的QTL,其中与柱头总叶绿素含量相关QTL 4个,柱头类胡萝卜素含量相关QTL 3个,柱头色卡颜色相关QTL 2个,柱头总叶绿素含量与类胡萝卜素含量比值相关QTL 3个,分布在1、2、4、5、7、8、11、12号连锁群上,可解释4.63%～20.44%的表型变异,其中,调控柱头总叶绿素含量、类胡萝卜素含量和柱头色卡颜色的主效位点分别为SChC-1-1、SCaC-12-1和SCoC-2-1,其贡献率分别为18.78%、12.08%和20.44%。