西瓜果肉番茄紅素含量及果實(shí)相關(guān)性狀QTL分析

劉識(shí) 高鵬 王學(xué)征 欒非時(shí)

目的與意義：番茄紅素是重要的天然類胡蘿卜素，對(duì)人體具有保健作用，同時(shí)也是紅色果肉西瓜中的主要色素，是決定西瓜果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一。栽培西瓜較低的DNA多態(tài)性阻礙了高質(zhì)量遺傳圖譜的構(gòu)建和番茄紅素含量主效QTL的研究。該研究中，筆者成功地利用自行開發(fā)的CAPS標(biāo)記構(gòu)建了一個(gè)包含16個(gè)連鎖群的西瓜遺傳連鎖圖譜，該圖譜將有利于西瓜果肉番茄紅素含量關(guān)鍵基因確定及其克隆的進(jìn)一步研究，同時(shí)為西瓜果肉番茄紅素含量分子育種提供行之有效的分子標(biāo)記。

材料和方法：以紅色果肉西瓜自交系‘LSW-177（雌雄同株，外皮深綠色具有深綠色條紋，果實(shí)長圓形;中心可溶性固形物含量為7%，邊緣為5.5%）和淺黃色果肉西瓜自交系‘Cream of Saskatchewan（簡稱‘COS，雌雄同株，外皮綠色具深綠色條紋，果實(shí)球形;中心可溶性固形物含量為10%、邊部8.6%）為親本，配制F1代并自交及回交獲得F2代及BC1P1、BC1P2群體。利用449對(duì)西瓜SSR標(biāo)記（包括23對(duì)核心西瓜SSR標(biāo)記）和556對(duì)甜瓜SSR標(biāo)記在群體中進(jìn)行篩選。使用Illumina HiSeq 2000高通量測(cè)序平臺(tái)對(duì)兩親本進(jìn)行基因組DNA重測(cè)序，運(yùn)用生物信息學(xué)進(jìn)行SNP位點(diǎn)分析，選擇11種限制性內(nèi)切酶（EcoRI，BsaHI，HindIII，MboII，PstI，ScaI，BamHI，MluI，AluI，DraI和PvuI）對(duì)候選SNP位點(diǎn)進(jìn)行分析，開發(fā)CAPS標(biāo)記;利用高效液相色譜法（HPLC）對(duì)F2代單株果肉進(jìn)行番茄紅素含量測(cè)定;使用IciMapping V3.3軟件，對(duì)篩選獲得148個(gè)多態(tài)性標(biāo)記（40個(gè)SSR標(biāo)記和108個(gè)CAPS標(biāo)記）和234個(gè)F2代單株構(gòu)建遺傳連鎖圖譜構(gòu)建及QTL分析。

結(jié)果與分析：（1）通過對(duì)西瓜六世代群體的果肉顏色及番茄紅素含量進(jìn)行遺傳分析，西瓜紅色果肉為單隱性基因遺傳，F(xiàn)1 代果肉呈現(xiàn)出接近于父本的亮黃色，F(xiàn)2代中非紅色組（亮黃色+淺黃色）∶紅色組符合3∶1的遺傳比例（p<0.05）;41株BC1P1群體中，20株呈現(xiàn)紅色果肉，而其他21株呈非紅色果肉，比例為1∶1。BC1P2群體僅顯示兩種顏色，亮黃色和淺黃色，未發(fā)現(xiàn)紅色單株，紅色組∶非紅色組（亮黃色+淺黃色）的比例為0∶40，符合0∶1分離比例。（2）成熟果實(shí)中番茄紅素含量的HPLC分析表明，‘LSW-177富含番茄紅素，平均含量為（43.56±0.31） μg·g-1，遠(yuǎn)高于‘COS及F1代果實(shí)的（0.23±0.32） μg·g-1和（0.56±0.24） μg·g-1。番茄紅素含量在F2代中表現(xiàn)出明顯的偏分離特征，低番茄紅素單株顯著高于高番茄紅素單株，變異范圍為0.28～69.57 μg·g -1，平均值為（12.49±1.19） μg·g-1。果實(shí)長度、寬度、中心及邊部可溶性固形物含量在F2代中均呈現(xiàn)正態(tài)分布，為典型的數(shù)量性狀特征。（3）利用構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜對(duì)番茄紅素含量和果肉顏色性狀進(jìn)行QTL分析，在四號(hào)染色體上檢測(cè)到了一個(gè)與番茄紅素含量緊密連鎖的主效QTL（LCYB4.1），位于CAPS標(biāo)記WII04E07-37和WII04E07-40之間，距離側(cè)翼CAPS標(biāo)記WII04E07-37和WII04E07-40的連鎖距離分別為0.35、1.5 cM，LOD值為92.3，可解釋的總表型變異（R2）為83.5%。2個(gè)標(biāo)記與F2代群體及2個(gè)回交群體中各單株的果肉顏色呈現(xiàn)明顯的共分離狀態(tài)。同時(shí)檢測(cè)到與果肉顏色緊密連鎖的主效QTL FC4.1（LOD=31.77，R2=34.68）與LCYB4.1位于同一區(qū)間內(nèi)。此外在3、6和11號(hào)染色體上也檢測(cè)到了其他與果肉顏色相關(guān)的微效QTL（FC3.1、FC6.1和FC11.1）。（4）利用區(qū)間作圖分析，確定了與可溶性固形物含量（中心和邊部）緊密連鎖的3個(gè)微效QTL位點(diǎn)。在2號(hào)和8號(hào)染色體上，獲得了與邊部可溶性固形物含量緊密連鎖的2個(gè)QTL位點(diǎn)（BCE2.1和BCE8.1），并獲得1個(gè)與中心可溶性固形物含量緊密連鎖的QTL（BCC8.1，8號(hào)染色體上）。（5）在8和11號(hào)染色體上檢測(cè)到4個(gè)與果實(shí)長度和寬度相關(guān)的QTL位點(diǎn)（果實(shí)長度：FL8.1、FL11.1和FL11.2;果實(shí)寬度：FW8.1）。

結(jié)? ? 論：本研究確定了西瓜紅色果肉的遺傳為隱性遺傳，受單基因調(diào)控，在4號(hào)染色體上獲得了WII04E07-37和WII04E07-40兩個(gè)與西瓜果肉番茄紅素及紅色果肉相關(guān)的CAPS標(biāo)記;在3號(hào)（FC3.1）、6號(hào)（FC6.1）和11號(hào)（FC11.1）染色體中檢測(cè)到了3個(gè)微效番茄紅素/果肉顏色相關(guān)QTL位點(diǎn);4號(hào)（FC4.1）染色體的LCYB4.1為西瓜果肉番茄紅素含量/紅色果肉的主效QTL位點(diǎn)，貢獻(xiàn)率為83.5%，LOD值為92.3。遺傳區(qū)間作圖分析確定了與可溶性固形物含量（中心和邊部），果實(shí)長度和果實(shí)寬度緊密連鎖的7個(gè)QTL位點(diǎn)（BCE2.1、BCE8.1、BCC8.1、FL8.1、FL11.1、FL11.2、FW8.1）。