西瓜性型遺傳規(guī)律

紀(jì)高潔 張潔 宮國義 史建廷 張海英 任毅 郭紹貴 高俊平 沈火林 許勇

目的與意義： 與葫蘆科其他作物相比，西瓜性型遺傳規(guī)律和性別決定機制的研究相對落后。利用不同性型的西瓜材料進(jìn)行相互雜交獲得了5組六世代分離群體，深入分析其后代分離規(guī)律及季節(jié)對材料性型的影響并揭示西瓜性型遺傳規(guī)律，有助于促進(jìn)優(yōu)良雌性系的發(fā)現(xiàn)，并改進(jìn)西瓜雜交種子生產(chǎn)。此外，為發(fā)現(xiàn)控制西瓜性別表達(dá)的分子機制奠定基礎(chǔ)。

材料與方法： 利用3種西瓜性型的4個材料一共構(gòu)建了5組六世代群體：Group1的母本為‘SL3H，父本為‘XHB;Group2母本為‘AKKZW，父本為‘XHB;Group3母本為‘XHBGM，父本為‘XHB;Group4母本為‘XHBGM，父本為‘SL3H;Group5母本為‘XHBGM，父本為‘AKKZW，植物材料的表型與基因型見原表2。群體分別于2012年春季和2012年夏季種植于北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心育種基地，其中春季為露地栽培，夏季為保護(hù)地栽培。鑒定每一個植株前30個節(jié)位著生的花器官后，按照1990Kenigsbuch和Cohen發(fā)表的文獻(xiàn)對植株性型進(jìn)行定義。

結(jié)果與分析： 季節(jié)變化會影響西瓜植株第1朵雌花/完全花的著生節(jié)位，即同一種材料定植于春季的植株上第1朵雌花（完全花）著生節(jié)位均低于定植于夏季的植株。春季定植西瓜植株的雌花/完全花比率顯著高于夏季定植植株。此外，2個季節(jié)間，相同西瓜材料的植株性型一致。這說明季節(jié)變化不影響單株性型特征，但影響單株著生花器官的性別比率。西瓜雄花完全花同株性型受等位基因a控制。此外，以上數(shù)據(jù)還表明，西瓜雄花雌花完全花同株性型受另一個隱性基因控制，該基因被命名為tm，a是tm的隱性上位基因。西瓜全雌株性型是受一個單隱性基因控制，這與早期研究結(jié)果一致，該基因被稱為gy基因;西瓜性型是由a、gy和tm 3對等位基因控制。其中a基因控制雄花完全花同株性型;tm基因控制雄花雌花完全花同株性型;gy基因控制全雌株性型。a是tm的隱性上位基因。西瓜6種性型植株對應(yīng)的基因型為（原表2）：雌雄異花同株性型（A_Gy_Tm_）;雄花雌花完全花同株性型（A_Gy_tmtm）;雌花完全花同株性型（aaGy_Tm_或aaGy_tmtm）;全雌株性型（A_gygyTm_）;雌花完全花同株性型（A_gygytmtm）以及完全花株性型（aagygyTm_或aagygytmtm）。本研究中所用材料的基因型分別為：SL3H和AKKZW（aaGyGytmtm）、XHB（AAGyGyTmTm）、XHBGM（AAgygyTmTm）。

結(jié)? ? 論：與黃瓜、甜瓜相比，西瓜在性型遺傳規(guī)律上的特征主要有：（1）3個葫蘆科主要作物均受3對等位基因控制;（2）西瓜tm基因的作用與甜瓜m基因的作用是相似的，均控制著雄花雌花完全花同株性型，而黃瓜a基因控制著全雄株性型;（3）西瓜與甜瓜的全雌基因均受隱性基因控制，而黃瓜的全雌基因F是一個顯性基因。這說明，在遺傳規(guī)律上，西瓜與甜瓜更相似，所以將甜瓜性型研究成果作為重要參考。定植于春季的西瓜植株上著生雌花（完全花）的比率顯著高于夏季。這說明春季短日照、弱光照和低夜溫的環(huán)境條件更適合雌花和完全花的生長，這與前人研究相吻合。但調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，春季低溫、短日照的環(huán)境條件下，西瓜雄花雌花完全花性型植株的雌花比率更高。反之，夏季高溫、長日照的環(huán)境條件下，完全花的比率顯著升高。這個現(xiàn)象表明，西瓜花器官在夏季更傾向發(fā)育雄性器官。這個現(xiàn)象還說明，控制雄花雌花完全花同株性型的tm基因應(yīng)是一個對溫度、光照等環(huán)境因子反應(yīng)敏感的基因。tm基因的機制可能與擬南芥花發(fā)育路徑中的Go類基因相似，即通過感知光照、溫度的變化來調(diào)控激素的表達(dá)，從而對植株花器官的性別比率產(chǎn)生影響。