西瓜果肉柠檬黄色的遗传分析和基因定位

【目的】对西瓜白色和柠檬黄色果肉的色素成分、色素含量、遗传规律进行研究,通过BSA-seq进行基因定位,并预测与柠檬黄色果肉相关的候选基因,为深入研究西瓜柠檬黄色果肉的遗传与分子机制奠定理论基础。【方法】本研究选用‘冰糖脆’（Ⅰ P₁,白色果肉）和‘喜华’（Ⅰ P₂,柠檬黄色果肉）,‘萨省奶油瓜’（Ⅱ P₁,白色果肉）和‘新金兰选’（Ⅱ P₂,柠檬黄色果肉）4份纯合自交系材料为亲本分别配置杂交组合,构建了两个六世代群体。利用高效液相色谱法（HPLC）对4个亲本材料4个不同发育时期的类胡萝卜素组分和含量进行测定。利用集群分离分析法（bulked segreant analysis,BSA）实现对两个BSA-seq群体（BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ）的初定位,然后根据西瓜参考基因组‘97103’V2注释信息挖掘候选基因,并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对候选基因进行验证。【结果】在西瓜果实发育过程中,紫黄质和叶黄素在双亲中差异性积累,其中紫黄质具有更高的含量,且在柠檬黄色果肉中的含量显著高于白色果肉。成熟期西瓜白色果肉中紫黄质含量为（10.96±4）μg·g^-1DW,柠檬黄果肉中紫黄质含量为（22.84±2）μg·g^-1 DW;成熟期西瓜白色果肉中叶黄素含量为（2.23 ±1）μg·g ^-1 DW,柠檬黄果肉中叶黄素含量为（3.97±1）μg·g^-1 DW。在构建的两组六世代分离群体中,Ⅰ F₁、Ⅱ F₁、Ⅰ BC₁P₁、Ⅱ BC₁P₁群体西瓜果肉颜色均为非柠檬黄色,F₂群体中西瓜果肉非柠檬黄色与柠檬黄色的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,Ⅰ BC₁P₂、Ⅱ BC₁P₂回交群体果肉非柠檬黄色和柠檬黄色分离比符合1∶1,表明西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。通过对BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ数据进行SNP和InDel关联分析,将控制西瓜果肉柠檬黄色的主效位点定位在6号染色体24.00—24.61 Mb的区域内,该区域内共有70个基因。结合西瓜参考基因组注释信息及qRT-PCR表达量分析,最终得到5个与西瓜果肉柠檬黄色有关的基因,其中Cla97C06G121680、Cla97C06G121700和Cla97C06G121890均与叶绿体的形成和叶绿体结构大小有关,这3个基因通过干预有色体的形成影响西瓜果肉颜色;Cla97C06G121910是一种响应乙烯合成的AP2转录因子,与果实成熟密切相关,通过影响果实成熟造成果肉中类胡萝卜素的积累;Cla97C06G122090具有跨膜转运作用,在类胡萝卜素的跨膜运输中起作用。【结论】西瓜白色和柠檬黄色果肉中主要色素为紫黄质和叶黄素,且柠檬黄色果肉中的色素积累量显著高于白色果肉。西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。BSA-seq分析将调控西瓜果肉柠檬黄色形成的一个主效位点定位于6号染色体24.00—24.61 Mb区间内,推测Cla97C06G121680、Cla97C06G121700、Cla97C06G121890、Cla97C06G122090、Cla97C06G121910是与西瓜果肉柠檬黄色形成相关的候选基因。

Genetic Analysis and Gene Mapping of Canary Yellow in Watermelon Flesh