西瓜果实表皮蜡粉的化学成分与基因定位

【目的】蜡粉是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障,对西瓜果实表皮蜡粉的结构、化学成分、遗传规律进行研究,并预测控制该性状的基因,以便全面了解性状的生理生化作用,发掘候选基因。【方法】试验选用无蜡粉的西瓜自交系‘美佳选黑’（P₁）和有蜡粉的西瓜自交系‘FH’（P₂）为双亲配制杂交组合,构建六世代群体（P₁、P₂、F₁、F₂、BC₁P₁、BC₁P₂）,利用扫描电子显微镜（SEM）对双亲成熟期果实表皮结构进行观察,通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对蜡粉的化学成分进行测定,以峰面积为指标,定量计算蜡粉化学成分的含量,采用BSA-seq对西瓜表皮蜡粉进行基因初定位,应用BLAST软件将定位区间内的编码基因与多个数据库比对完成基因信息注释,并通过详细的基因注释信息及突变位点分析,快速筛选候选基因。【结果】西瓜果实表皮蜡粉为灰白色,呈致密的板状结构,长度约为5 μm;无蜡粉材料表皮较为光滑,无蜡粉层附着。GC-MS分析显示,蜡粉中共检测到24种脂肪族化学成分,分别属于烃类、醇类、酯类、酸类、酚类和醛类。包括烃类物质10种,含量占表皮蜡粉有效化学提取物总含量的77.72%,链长变化范围为C17—36,主要为C27、C28、C29、C32、C33、C34、C36的饱和正链烷烃;醇类物质5种,占12.60%;酯类物质5种,占0.43%;酸类物质2种,占0.53%;酚类1种,占0.80%;醛类1种,占3.99%;含量最高的5种化学成分依次为：正三十四烷、正二十九烷、1,30-三十烷二醇、正三十三烷、正二十八烷。在后代群体中,F₁、BC₁P₂群体西瓜果实表皮全部有蜡粉,F₂群体有蜡粉和无蜡粉西瓜果实的分离比符合3﹕1的孟德尔分离比例,BC₁P₁回交群体有蜡粉和无蜡粉分离比符合1﹕1的理论比,说明蜡粉的有无符合单基因显性遗传模式,有蜡粉对无蜡粉为显性。对BSA-seq数据进行SNP和InDel关联分析,关联结果取交集得到1号染色体3.16—4.84 Mb的候选区域,该区域共含有144个基因。数据库比对结果显示,在关联区域中,共138个基因有功能注释,包括10个非同义突变,1个移码突变。结合已有文献报道,其中5个非同义突变基因可能与西瓜表皮蜡粉的生成有关：Cla002367为烯酰ACP-还原酶（ECR）类基因,该类基因是特长链脂肪酸合成所必须;Cla011514、Cla002337和Cla002342为细胞色素P450（CYP）家族基因,该家族部分编码蛋白能够通过烃基羟化等反应催化脂肪族化合物的生成;Cla002353的基因注释信息为ABC转运体,ABC转运体与蜡质分子的转运息息相关。【结论】西瓜果实表皮蜡粉为板状结构,主要由特长链脂肪酸衍生成的脂肪族化合物组成。该性状是单基因遗传,有蜡粉为显性性状。BSA关联分析得到1号染色体1.68 Mb的关联区域,并预测关联区域中Cla002367、Cla011514、Cla002337、Cla002342、Cla002353这5个非同义突变基因为调控西瓜果实表皮蜡粉性状的候选基因。     

黄瓜果皮蜡粉量遗传分析及QTL定位

【目的】黄瓜是世界上一种重要的蔬菜,2012年产量已超6.5亿吨。黄瓜果实品质一直备受育种者关注,尤其是果实风味、营养和外观品质。前人对影响黄瓜果实外观品质的相关性状已有深入的研究,但对黄瓜果皮蜡粉量性状长期未得到足够关注。黄瓜果皮蜡粉量作为黄瓜重要的外观品质性状之一,对其进行遗传分析和QTL定位将有助于了解果皮蜡粉形成的分子机制,为黄瓜果皮蜡粉量基因的精细定位及克隆奠定基础,同时也为利用分子标记辅助选育少蜡粉的黄瓜新品种提供理论依据和技术支撑。【方法】利用黄瓜多蜡粉品系‘PI183697’和少蜡粉品系‘1101’构建六家系世代群体,并于海南和北京不同环境条件下种植。在商品瓜成熟时期,采用分光测色计（CM-700d）对六家系世代群体各单株上商品瓜的蜡粉量进行定量测量,每个单株选取2-3个商品瓜,每个商品瓜上选取五处进行测定,然后计算平均数,根据计算结果进行黄瓜蜡粉性状的遗传分析。利用2个亲本对1 288对SSR引物进行筛选,从中挑选出128对多态性较好的标记,对F₂群体进行分析,取最小阈值LOD3.0采用JoinMap4.0软件进行遗传图谱构建。利用MapQTL4.0软件,结合构建的遗传图谱进行果皮蜡粉量QTL定位。【结果】在黄瓜野生品系‘PI183697’中,黄瓜果皮蜡粉量的遗传符合数量性状的特征,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型对六家系世代的黄瓜果皮蜡粉量进行分析,得出黄瓜果实果皮蜡粉量的遗传符合1对加性主基因+加性-显性多基因（D-2）模型。利用2个F₂群体分别构建了两张包含7条染色体、128对SSR标记的遗传图谱。2次共检测到7个与蜡粉量相关的QTL位点,在第1、3、5染色体上各检测到1个位点,分别为WP1.1、WP3.1和WP5.1,在第6染色体上检测到4个位点,分别为WP6.1、WP6.2、WP6.3和WP6.4,其中WP5.1和WP6.2 2个QTL位点在两季中均被检测到,LOD值分别为7.70、4.81和4.21、6.69,贡献率分别为14.9%、12.4%和8.0%、16.7%。 【结论】黄瓜果皮蜡粉量的遗传符合数量性状特征,由1对加性主基因+加性-显性多基因控制（D-2）。第5染色体上的WP5.1和第6染色体上的WP6.2均可重复检测到,因此,推断控制蜡粉含量的主效候选位点可能位于第5或第6染色体上。     

基于BSA法开发CAPS标记定位甜瓜果面沟相关基因研究

试验以无果面沟甜瓜品系M4-5为母本,有果面沟甜瓜品系M1-15为父本,配制杂交组合获得F2代群体,作果面沟性状遗传分析,发现甜瓜果面沟性状为显性遗传,受一对基因控制。通过果实性状相关性分析,果面沟性状与裂果呈显著负相关。利用群体分离分析法(BSA)筛选得到甜瓜果面沟基因位于第11号染色体后半段,以双亲材料基因重测序为基础,在定位区域上开发30对引物,在等区段分割处选择15对具有多态性引物。利用15对引物标记F2代群体,构建分子遗传图谱,该图谱全长181.87 c M。定位到一个距离为3.6 c M的控制果面沟位点,通过加密最终得到一个距离为1.1 c M位点,两个与该位点紧密连锁标记分别为M11-01和M11-51。利用100株甜瓜自然群体材料分析2个与果面沟紧密连锁标记,分子数据与田间数据吻合率分别为74.67%和75.99%。     

甘蓝型油菜显性无蜡粉基因的染色体组定位

为给克隆无蜡粉基因提供理论依据,减少无蜡粉基因分子标记的工作量,对用白菜型油菜有蜡粉材料Ｃ１－３３与甘蓝型油菜无蜡粉材料１０４７种间杂交获得的Ｆ１,自交所得Ｆ２,以及与Ｃ１－３３回交获得的ＢＣ１,ＢＣ２代的蜡粉性状分离进行了观察。结果表明,１０４７中显性无蜡粉基因位于甘蓝型油菜的Ａ染色体组上。     

作物表皮蜡粉研究评述

本文综述了作物表皮蜡粉的成分、结构、合成途径、功能及测定方法等研究的最新进展。并对比了测定蜡粉的方法,对存在的缺陷和不足进行探讨,可为研究作物蜡粉提供参考。     

洋葱无蜡粉突变体特性初步研究

为了探索洋葱蜡粉缺失突变体的特征特性和形态学应用价值,选择20份无蜡粉材料进行田间表型特征观察及叶面蜡质成分分析,并对突变株进行SSR引物筛选。结果表明,洋葱无蜡粉叶片呈亮绿色,有光泽,遗传分析发现叶片蜡粉受隐性基因控制;突变株表现为苗期长势相对弱,产量与品种特性相关;突变株叶片表现出无或少蓟马危害症状,不使用杀虫剂能够达正常洋葱使用杀虫剂抗葱蓟马的效果,并建立无蜡粉洋葱抗蓟马评价标准;叶表超微结构观察及蜡粉成分分析发现：突变体叶表面蜡粉严重缺失,有少量蜡粉,不足为人眼观察到,但在抽薹开花末期,花薹表面有一层淡淡光亮白色蜡粉。气相色谱分析叶表面蜡质主要成分均为酰胺、酚类、酮类、烃类、酯类,但无蜡粉叶片中16-三十一酮含量差异显著,由相对含量52.66%降至 2.79%,导致叶表面无蜡粉现象;对19061单株自交分离的有蜡粉与无蜡粉植株进行SSR引物筛选,引物196和304可作为单株特异标记能够将19061有蜡粉与无蜡粉区分,但不能区分其他无蜡粉与有蜡粉材料。因此,洋葱无蜡粉突变体初步研究为洋葱形态学标记和杂交制种应用、抗葱蓟马研究奠定重要基础。     

青花菜花蕾转录组测序分析及蜡粉合成相关基因挖掘

【目的】对青花菜花蕾进行转录组测序分析,并挖掘与蜡粉合成相关基因,为探明青花菜花球表面蜡粉形成的分子机制提供理论参考。【方法】分别提取野生型和蜡粉缺失型青花菜花球总RNA,采用Illumina HiSeqTM 2500平台进行转录组测序,获得高质量Clean reads,采用Trinity进行序列组装后获得青花菜Unigene库,将获得的Unigene序列与Nr、Nt、KEGG、Pfam、KOG/COG、Swiss-Prot和GO数据库比对,获得基因功能注释信息;使用DESeq2进行差异表达分析。【结果】共获得44.68 Gb Clean data,De novo组装得到41244条Unigenes,N50长度为1847 bp。从所获得的Unigenes中筛选出8685个差异表达基因（DEGs）（上调基因5747个,下调基因2938个）,共有8038个基因被注释到不同数据库,其中,5220个基因注释到Pfam数据库; 2066个基因注释到COG数据库,3866个基因注释到KOG数据库; 2580个差异表达基因被注释到75个转录因子家族中,注释最多的是MYB家族（235个）;GO数据库中6095个差异表达基因注释到细胞组分、分子功能和生物学过程三大类的52个功能分类; KEGG数据库中,1671个差异表达基因富集到138条代谢通路,其中13个差异表达基因与脂肪酸合成有关,7个差异表达基因与蜡粉生物合成途径有关。【结论】转录因子MYB家族在调控青花菜蜡粉合成中发挥重要作用。蜡粉合成过程中相关酶基因的差异表达是调控青花菜蜡粉合成的关键,尤其是野生型和蜡粉缺失突变体中特异性表达的差异表达基因,可作为后续研究青花菜花球表面蜡粉形成分子机制的对象。     

粉皮冬瓜表皮蜡粉微形态及蜡粉组分研究

【目的】探明不同粉皮冬瓜品种表皮蜡粉成分特性,为进一步解析冬瓜表皮蜡粉的分子调控奠定基础。【方法】选择形状不同的2个粉皮冬瓜品种（夏茂粉皮小冬瓜和夏茂粉皮大冬瓜）为试验材料,采用扫描电子显微镜观察表皮蜡粉结构,通过非靶向气相色谱-质谱（GC-MS）检测技术对表皮蜡粉的成分进行分析。【结果】夏茂粉皮小冬瓜和夏茂粉皮大冬瓜表皮均有大量堆叠的杆状蜡粉结构,但夏茂粉皮小冬瓜杆状的前端上还粘附丝状蜡粉。2个品种三萜类物质含量均占比最高（42.09%和35.63%）,但酯类和烷烃物质含量占比存在明显差异,夏茂粉皮小冬瓜分别为31.16%和3.53%,夏茂粉皮大冬瓜分别为22.17%和17.34%。在检测出的9类65种成分中,11种化合物在2个品种间呈极显著差异,8种化合物呈显著差异。【结论】冬瓜表皮蜡粉形态结构和成分在不同品种间存在较大差异,不同的蜡粉成分对其结构的形成有重要影响。通过对不同冬瓜品种表皮蜡粉成分的鉴定,为今后明确蜡粉性状在冬瓜中的遗传规律,阐明其遗传分子机制,具有重要的科研和生产实践价值。     

西瓜果皮颜色及单性花关键基因定位与候选基因筛选

以西瓜浅绿色果皮、完全花品系ZXG1555及绿色果皮、单性花自交系Cream of Saskatchewan（简称“COS”）为亲本构建F2群体,作BSA-seq分析,结合InDel和CAPS标记作基因分型,利用两亲本及其他6份绿色果皮、单性花西瓜品系基因组重测序数据,筛选并预测候选基因。结果表明,浅绿色果皮性状和单性花性状均由单隐性基因调控,利用分子标记筛选隐性性状单株重组事件,将控制两性状的关键基因分别定位于9号染色体1.1 Mb和3号染色体0.7 Mb区间内。筛选区间内候选基因,初步推测Cla97C09G175170(Two-component response regulator-like protein APRR2)和Cla97C03G066110(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 7)分别为西瓜浅绿色果皮和单性花性状候选基因。     

无蜡粉亮叶结球甘蓝的发现及其利用

介绍了无蜡粉亮叶结球甘蓝的发现、基本特征以及在生产和育种上利用的前景.     

生物甲壳粉防治西瓜根结线虫技术的研究

根结线虫危害已成为影响设施农业可持续发展最为突出的制约因素。本文在田间条件下研究了生物甲壳粉对防除西瓜根结线虫危害的效果,结果表明:线虫危害严重的地块,施用生物甲壳粉,西瓜根结数量减少70%;增产40%;试验条件下,常规底肥用量90%基础上施用生物甲壳粉,西瓜品质最佳。     

三倍体西瓜种壳性状的基因效应分析

选用西瓜4个生态型的6个四倍体自交系作母本和同一生态型的6个二倍体自交系作父本,按NCII (north carolina II) 遗传交配设计方法配制6×6个杂种F1,采用加性-显性遗传模型分析西瓜种壳性状的遗传效应.结果表明,剖面种壳数受基因的加性效应、显性效应以及环境效应共同控制.败育种壳长和宽的加性效应显著,环境(机误)方差达到显著或极显著水平.剖面种壳数与边缘可溶性固形物含量呈加性显著负相关,与番茄红素和干物质含量呈显性负相关.败育种壳长与种壳宽成极显著加性正相关.     

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。     

西瓜遗传图谱构建及果实相关性状QTL分析

【目的】利用CAPS及SSR标记构建西瓜遗传图谱,对西瓜果实相关性状进行QTL分析,为西瓜果实性状改良、主效基因精细定位及克隆奠定基础。【方法】授粉后40 d对母本PI186490、父本LSW-177以及两者杂交获得的F2群体的果实进行采摘,对每个果实的果形指数、中心和边缘可溶性固形物、中心和边缘果肉硬度、果皮硬度、种子长度、种子宽度、种子厚度以及种子百粒重进行调查,将所得数据用软件SPSS19进行统计分析。通过Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对两亲本材料进行基因组重测序,每样品产出10 G数据量,覆盖西瓜基因组20×以上,所得数据以已经发布的基因组数据为参考基因组,用bwa软件进行基因组组装,组装后利用Samtools软件进行SNP发掘,利用perl语言自编脚本提取SNP位点前后1 000 bp的序列,将SNP及其侧翼序列输入软件SNP2CAPS以转化为CAPS标记。在每条染色体上平均选取20个CAPS酶切位点,利用Primer Premier 5软件在突变位点上下游100-500 bp左右设计CAPS引物,进行PCR扩增和酶切检验,酶切产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测。SSR引物来源于前人发表文献,PCR扩增产物用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。对所有分子数据进行卡方检验,在其中选择符合1﹕2﹕1比例的标记用于构建遗传连锁图谱。利用Mapmaker/Exp version 3.0软件构建遗传连锁图谱,用Group命令对标记进行连锁分组,标记数目少于8的连锁群用Compare命令进行排序优化,标记数多于8的连锁群用Try命令排序。绘制遗传图谱使用Map Chart 2.1软件。QTL分析运用QTL Network 2.0软件,利用置换测验做1 000次重复,临界阈值为P=0.005,采用复合区间作图法,在每条染色体上以1.0 cM步行速度在全基因组范围内扫描,分析QTL加性效应和上位效应。【结果】本遗传连锁图谱共包含16个连锁群,涉及CAPS标记87个,SSR标记9个,覆盖基因组1 484.3 cM,平均图距15.46 cM。利用QTL Network 2.0分析,检测到6个西瓜果实相关性状的8个QTL位点和1对上位效应位点,其中包括果形指数QFSI 1、中心可溶性固形物QCBR、中心果肉硬度QCFF、边缘果肉硬度QEFF、种子长度QSL各1个,种子宽度QSWD 1、QSWD 2、QSWD 3 3个;上位效应位点包括果形指数FSI 2、FSI 3。表型贡献率大于等于10%的QTL有6个,可解释11.7%-18.8%的遗传变异。【结论】以CAPS标记为主要标记构建西瓜遗传图谱,并且定位了控制西瓜果实相关性状的8个加性QTL与1对上位性QTL,可用于进一步精细定位与克隆西瓜果实优良性状基因。     

应用40%美邦治萎可湿性粉剂防治西瓜枯萎病试验报告

采用甲基托布津可湿性粉剂为对照,探究美邦治萎可湿性粉剂防治西瓜枯萎病的药效。试验表明,40%美邦治萎可湿性粉剂对西瓜枯萎病有较好防效,使用浓度为800~1200倍防治效益最适宜。     

基于CAPS标记的西瓜果实与种子相关性状QTL分析

【目的】基于西瓜全基因组重测序数据,挖掘SNP位点并将其转变为CAPS标记,构建遗传连锁图谱,对西瓜果实与种子相关性状进行QTL分析,为西瓜果实与种子相关性状主效基因精细定位及克隆奠定理论基础。【方法】以普通栽培西瓜品系(Citrullus lanatus ssp.vulgaris)‘W1-1’和黏籽西瓜品系(Citrullus lanatus ssp.mucosospermus)‘PI186490’为亲本杂交获得F_1代,以‘W1-1’为轮回亲本,构建BC_1P_1群体。采摘成熟果实,对每个西瓜果实中心及边缘可溶性固形物、中心及边缘果肉硬度、种子百粒重、种皮底色进行调查及数据分析。对亲本材料进行覆盖度约为20×的全基因组重测序,用BWA、SAMTOOLS及VCFTOOLS等软件比对并检测亲本材料在全基因组范围内的SNP位点。运用SNP2CAPS软件选择7种在西瓜基因组上具有丰富酶切位点的限制性内切酶,对包含SNP位点的序列进行酶切位点分析,转化CAPS标记。选取全基因组范围内均匀分布的450个CAPS分子标记,筛选多态性CAPS标记,对BC_1P_1群体内225株分别进行基因分型,使用QTL Ici Mapping及Windows QTL Cartographer V2.5等软件进行遗传图谱的构建和西瓜果实与种子相关性状的QTL分析。【结果】在两亲本间共获得SNP位点751 532个,根据7种限制性内切酶位点信息共开发了450个CAPS分子标记,筛选出其中具有多态性的200个CAPS标记,在225株BC1P1群体构建一张包含11个连锁群(分别对应11条染色体)的遗传连锁图谱,覆盖长度1 376.95 c M,标记间的平均遗传距离为6.88 c M。QTL分析定位到与果实与种子相关性状QTL位点15个,其中包括中心可溶性固形物含量相关位点3个(CTSS2.1、CTSS2.2、CTSS8.1);边缘可溶性固形物含量相关位点1个(ETSS2.1);中心果实硬度相关位点3个(CFF6.1、CFF6.2、CFF8.1);边缘果实硬度相关位点2个(EFF6.1、EFF6.2);种皮底色相关位点4个(SCC8.1、SCC8.2、SCC8.3、SCC8.4);种子百粒重相关位点2个(SHW6.1、SHW9.1)。15个QTL位点的贡献率范围为5.25%—74.59%,贡献率大于15%的位点有5个(CTSS8.1、SCC8.1、SCC8.2、SCC8.3、SCC8.4)。【结论】共开发出SNP位点751 532个,QTL分析检测到西瓜果实与种子相关性状QTL位点15个,其中主效QTL位点5个,分别为果实中心可溶性固形物及种皮底色相关位点(CTSS8.1、SCC8.1、SCC8.2、SCC8.3、SCC8.4),为进一步精细定位及克隆西瓜果实与种子优良性状基因奠定了基础。     

西瓜品种间亲缘关系的AFLP分析

为了解西瓜品种间的亲缘关系,利用AFLP指纹图谱分析技术,对48个国内外西瓜品种进行了基因组DNA多态性分析。结果表明:11对AFLP引物共产生490条DNA带,平均每个引物组合扩增出44.5条带,其中,96条为多态性带,占总带数的19.6%;根据DNA谱带计算品种间遗传相似系数,其变化范围在0.32~0.95之间,平均相似系数为0.82,说明西瓜品种间同源性较高,遗传基础狭窄。用NTSYS软件进行聚类分析,48个西瓜品种被划分为6个类群(Watermelon groups,简称WGs)。其中WGI和WGII分别包括30、14个西瓜品种,两者占总数的91.7%。其余WGIII、WGIV、WGV和WGVI均包括1个品种,它们都与WGI和WGII之间有较大的差异。WGI又分为5个亚群,其中WGI-1品种最多,占60%;WGII又分为3个亚群,其中WGII-2含品种最多占85.7%,说明多数品种亲缘关系较近,只有少数品种亲缘关系较远。此外,本研究表明,AFLP指纹分析技术具有很高的分辨率,能够揭示西瓜品种间的差异,是鉴定西瓜品种的有力工具。     

西瓜果实发育过程中番茄红素积累变化及相关酶基因表达

为研究西瓜果实发育过程番茄红素含量变化与相关酶基因表达关系,以LSW-177(红瓤)和COS(浅黄瓤)为材料,通过高效液相色谱法(HPLC)测定从坐果到过熟7个不同时间点果肉组织番茄红素变化,利用荧光定量PCR测定相应时期相关酶基因表达量变化。结果表明,LSW-177(红瓤)授粉后16 d,番茄红素开始逐渐积累,果实转色期(授粉后24 d)番茄红素迅速积累,成熟期(授粉后40 d)达到峰值,随后下降。而COS(浅黄瓤)整个发育过程均未检测到番茄红素积累。四种相关酶基因表达量两品种间存在差异。番茄红素积累与Psy1基因表达呈显著正相关,与Lcyb基因表达呈显著负相关。结合Psy1和Lcyb基因两品种间表达差异,特别是果肉转色期差异分析,推测Psy1和Lcyb基因是西瓜形成番茄红素关键基因。通过基因序列分析,浅黄瓤西瓜中Psy1基因内含子有缺失;两品种Lycb基因间有3个SNP位点,存在两个蛋白差异。