西瓜番茄红素代谢相关基因挖掘及主效基因定位的研究

Lycopene has effects of antioxidant, anti-tumor, protecting the cardiovascular and cerebrovascular, and its health effects has been recognized by the medical profession both in China and abroad.The watermelon flesh of deep colour contains higher lycopene, therefor,It is one of important aspects of quality breeding to breed high-lycopene watermelon. high and low lycopene containing watermelon varieties: The high generation inbred lines watermelon of "LSW-177" (red) and "COS" (white) were used as parents to make F1, F2 and F3 generation recombinant inbred lines in this experiment.High-throughput sequencing technologies and bioinformatics tools will be employed to excavate lycopene metabolism related genes in watermelon and predict gene function, such as PSY, PDS and LYC to understand gene expression patterns in the metabolic processes of watermelon lycopene,find the related proteincoding genes.Develop polymorphism molecular markers on SNP and InDel. Combination of transcriptome research methods and F3 fruit lycopene content to construct the genetic linkage map of watermelon and locate major genes of watermelon lycopene metabolism, isolate major genes and identify its function.Explore their associated genes networks and verify them again and to reveal the genetic mechanism of watermelon lycopene accumulation. Provide effective genetic resources and useful molecular markers for high lycopene breeding in watermelon, lay the theoretical and material foundation for the further breeding of new varieties of high lycopene watermelon.

番茄红素具有抗氧化、抗肿瘤、保护心脑血管等功效，其保健作用已被国内外医学界公认，颜色较深的西瓜果肉中含有较高番茄红素，因此，选育高番茄红素西瓜是品质育种的重要内容之一。本研究利用西瓜"LSW-177"（红色）与"COS"（白色）高代自交系作为亲本材料，配制F1、F2以及F3代重组自交系群体，通过高通量测序技术及生物信息学分析手段，挖掘PSY、PDS、LYC等与西瓜番茄红素代谢密切相关基因，研究其功能，了解西瓜番茄红素代谢过程中基因表达模式，发现相关编码基因；开发多态性SNP、InDel分子标记；结合转录组学研究方法与F3代果实番茄红素含量，构建西瓜遗传连锁图谱，精细定位西瓜番茄红素代谢主效基因，克隆并验证其功能；探明其关联网络并加以验证；揭示影响西瓜番茄红素积累的遗传机理，为高番茄红素西瓜育种提供有效基因资源及实用分子标记，为进一步选育高番茄红素西瓜新品种奠定理论与材料基础。

西瓜是重要的葫芦科经济作物，红色西瓜果肉中富含番茄红素，其抗氧化、抗肿瘤、保护心脑血管等功效已被国内外医学界公认，选育高番茄红素西瓜是品质育种的重要内容之一。本研究通过基因组重测序、转录组测序及生物信息学分析手段，开发多态性CAPS分子标记，在全基因组范围内挖掘并精细定位调控西瓜番茄红素积累的主效基因，建立与其相应的分子标记辅助选择技术体系，主要研究结果如下：.LSW-177×COS组合的F1代果实表现为亮黄色，F2代群体中，高番茄红素与低番茄红素含量植株的分离比例为1:3，说明在本试验材料遗传背景下，西瓜番茄红素含量由效应值较大的主效隐性基因调控；F2代中共分离出亮黄色、浅黄色与红色三种主要果肉颜色类型，其分离比例符合9:3:4，证明红色果肉与浅黄色果的遗传受两对主效基因控制，符合隐性上位遗传模型。.利用LSW-177×COS杂交组合获得的234株F2群体，结合遗传连锁分析及田间数据，将控制西瓜番茄红素代谢的主效基因位点初步定位在西瓜基因组的4号染色体上，扩大群体精细定位后，最终将该位点定位在标记WII04E08-38和WII04EBsaHI-6之间，两标记间物理距离约为19.7 kb，包括15个候选基因，经BLAST比后发现候选基因中存在西瓜番茄红素β环化酶基因LCYB cds区的全序列，将该基因作为控制西瓜番茄红素含量的主要候选基因。.在定位区间内共开发出11对CAPS标记，均可以在不同西瓜材料中对果肉颜色及番茄红素积累情况进行基因型鉴定，利用这些标记建立了西瓜番茄红素含量及果肉颜色的分子标记辅助选择技术体系，其中CAPS标记WII04EBsaHI-6位于LCYB基因上，可作为基因标记。.转录组测序分析结果显示共获得89个与类胡萝卜素代谢途径相关的差异表达基因，推测与西瓜番茄红素代谢密切相关的基因除LCYB外，还包括PSY、ZDS、CRTISO等基因。分别在LSW-177及COS西瓜材料中克隆定位获得的西瓜番茄红素代谢主效基因LCYB，经序经序列比对及功能分析，发现该基因第676处碱基突变导致氨基酸序列改变，使LCYB基因调控西瓜番茄红素降解酶活性发生变化，番茄红素积累产生差异。本研究结果，揭示了影响西瓜番茄红素积累的遗传机理，为高番茄红素西瓜育种提供有效基因资源及实用分子标记，为进一步选育高番茄红素西瓜新品种奠定理论与材料基础。