西瓜抗裂果性状QTL定位与相关基因发掘

Fruit cracking is a serious problem in watermelon production, and it still has no effective solution because of limited study on the genetic mechanisms and molecular mechanisms of fruit cracking. We studied the inheritance mode of fruit cracking by applying the joint segregation analysis on the mixed genetic model of major gene plus polygene in six generations of watermelon in the past years. In this project, the population of recombinant inbred lines (RIL) derived from the cross of fruit cracking susceptible inbred line L-103 and fruit cracking resistance germplasm X-101 will be used to construct the molecular linkage map to analyze the locations of fruit cracking trait QTL and environmental interaction effects in different environmental conditions. The population of near isogenic lines (NIL) derived from the foreground selection for the major QTL and the background selection for the genome of the recurrent parents will be used to construct the cDNA library of fruit cracking related genes, obtaining high abundances of differentially expressed fruit cracking resistant and fruit cracking susceptible genes or EST sequences. The candidate genes were verified by RT-PCR to explore the fruit cracking resistant related genes in watermelon. The results will lay the foundation for the analysis on the fruit cracking mechanisms and the breeding of fruit cracking resistant variety of watermelon.

西瓜生产中存在严重裂果的问题，由于其裂果的遗传机制和分子机理研究非常有限，善无有效解决办法。本项目在研究西瓜裂果性状的主基因+多基因遗传效应和遗传模型基础上，利用RIL群体构建分子标记连锁图谱，分析不同环境条件下西瓜裂果性状QTL的遗传及其与环境互作效应；利用NIL群体，通过SSH技术构建抗裂和感裂相关基因特异表达的cDNA文库，获高丰度的抗感裂果相关差异表达的基因或EST 序列；通过对相关候选基因表达验证,发掘西瓜抗裂果相关基因。为解析西瓜裂果机制及抗裂新品种选育技术奠定基础。

西瓜生产中存在严重裂果的问题，由于裂果产生伤口，导致病害的加剧，农药使用成本增加，产品质量下降。利用抗裂自交系W-11和易裂自交系W-13构建西瓜高代重组自交群体，通过农艺性状和分子标记分析，从RIL衍生后代中筛选到近等基因系W-85和W-96，亲本和近等系果实发育期符合“单S生长曲线”生长规律，即慢——快——慢的生长过程， D2期即花后5-10天为快速发育期，这一时期是西瓜果实膨大最快的时期，需要充足的营养，有少部分易裂果品种出现裂果现象； D4期即开花21天后逐渐进入生长停滞期，是4个生长期中裂果率最高的时期。果皮细胞显微结构显示抗裂西瓜细胞呈椭圆形，排列紧密，西瓜外表皮细胞层数、中表皮细胞层数较大及细胞排列紧密 。透射电镜显示易裂西瓜果实膨大期细胞壁的断裂导致中胶层溢出以及果实成熟进程中细胞结构和细胞器提前降解，果皮组织的细胞学结构及代谢差异以是西瓜裂果产生的主要原因之一。果实横径、外果皮绿皮层厚度、中心糖含量、边糖含量与果实裂应度呈正相关关系，果实纵径、果形指数、果皮厚度与果实裂应度呈负相关关系。不同环境下果实裂应度遗传受2 个以上位点控制，Me15em12－3、 Me15em14－5 位点为3 种环境共同相关位点。但由于被定位的标记较少，这些位点没有被定位到连锁图谱上，说明这些位点的遗传距离较远，每一个标记处可能存在一个QTL。进一步对抗裂和易裂果西瓜全生育期的RNA-seq差异表达分析，37个基因差异表达与裂果可能相关，其中20个基因在抗裂基因型中上调表达，17个基因下调表达。其中细胞壁结构扩展蛋白基因Cla016421和XET基因Cla002042和Cla010096是西瓜裂果产生的关键基因，筛选到裂果相关转录因子基因bHLH蛋白（Cla020330）和MADS-box（Cla000691），找到新的候选细胞壁相关基因Cla004454和Cla010697。项目研究成果可提供果实发育导致裂果的分子机制的新线索，为西瓜裂果性状改良育种提供理论依据。